不同轴压比下PEC柱的抗震性能试验研究

发布时间：2020-08-06 12:39

【摘要】：H型钢部分包裹混凝土柱(PEC柱)作为一种新型的组合结构形式,充分发挥了型钢与混凝土材料各自的优势,具有较高的承载力、良好的耗能能力和较好的抗火性能。PEC构件因其良好的预制性以及可装配性,符合新时代绿色建筑方针,工程应用前景可观。现阶段我国针对PEC结构的相关规范还不完善,故对PEC构件的研究不仅可以促进其理论的发展也对实际工程有指导价值。为研究不同轴压比对PEC柱抗震性能的影响,用Q235和Q345两种钢材制作了11个PEC柱。以轴压比、钢材强度、截面尺寸及加载方式为参数对PEC柱进行低周往复荷载与单调荷载试验。研究试件柱的破坏形式、滞回性能、强度、延性、耗能能力等,并对其轴压比限值进行研究。研究结果表明:PEC柱的主要破坏现象是柱底部加劲肋上方的混凝土脱落,翼缘屈曲,横向系杆暴露或拉断。不同设计参数下PEC柱的滞回曲线均呈梭形;各试件延性系数最小值为2.49,极限位移角均能达到甚至超过1/50,表明PEC柱在地震荷载作用下有良好的抗震性能。轴压比从0.2增加至0.4,试件峰值荷载提升了14.46%,极限位移降低了49.97%。轴压比从0.4增加至0.6,试件峰值荷载提升了24.32%,极限位移降低了32.61%。循环加载位移级差不同,试件柱的刚度、强度也有区别。不同加载制度下PEC柱的耗能能力有所不同,加载循环位移级差较大的试件峰值荷载出现较晚,耗能能力相对较差。利用ABAQUS进行有限元模拟试验。通过对比试验结果,验证有限元模型的可靠性。拓展分析可知,轴压比的增加会提高试件的峰值荷载,但当轴压比较大时,峰值荷载反而会下降很多。采用Q235钢的PEC试件,在轴压比为0.7时,延性系数为4.09;采用Q345钢的PEC试件,轴压比达到0.4时,延性系数为2.82,在抗震设计时应合理设计其轴压比或匹配更高强度的混凝土。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9;TU352.11
【图文】：

柱截面形式

发展与技术的进步，越来越多的高层及超高层建筑有着更高的要求。由多种性质不同的材料组合而成的应用于实际工程中。其中应用最为广泛的是钢与混凝土组合结构是钢管混凝土结构与型钢混凝土结构，可以有效的减小结构底层柱的截面尺寸，因而被大型的型钢混凝土组合柱，PEC 柱（partially encased co，将混凝土浇筑于 H 型钢两侧翼缘之间即可，同时落的横向系杆[2]，截面形式如图 1.1。因型钢和混凝 PEC 柱有良好的承载力、抗震性能以及抗火性能。多高层建筑物中，还可以对现有的钢结构建筑进行

现象,加劲肋,位移角,系杆

内蒙古科技大学硕士学位论文时，距加劲肋上方 80～150mm 处出现竖向裂缝，原有横向裂纹向柱中部延伸且变宽。第 6 次循环时，表面有混凝土脱落，两侧裂缝均向柱中部延伸。位移角增加至 1/5第 2 次循环时，距加劲肋上方 100mm 处两侧的水平裂缝相连且贯通整个截面，混凝土翘起，见图 2.7（a）。位移角增加至 1/40 第 2 次循环时，加劲肋上方 100～200mm处混凝土剥离，内部系杆露出，翼缘屈曲，见图 2.7（b）。第 5 次循环时，荷载降至峰值荷载的 85%以下，系杆拉断，翼缘屈曲更为明显，试验结束。最终破坏形态见图2.7（c）。

现象,加劲肋,荷载,加载

内蒙古科技大学硕士学位论文接处断裂。循环第 9 次时，荷载降至峰值荷载的 85%以下，翼缘屈曲严大幅度的弯曲，试验结束。（8）柱 8：钢材牌号为 Q345，轴压比为 0.4，加载方案为方案 2。试件kN，位移达到 9.31mm 时，试件屈服，加劲肋上方 150mm 处，出现长度向裂缝。位移达到 1.5Δy时，加劲肋上方 150mm 处，非加载侧混凝土产向中部延伸。位移达到 2Δy时，更多裂缝陆续出现，加载侧混凝土翘起a）。位移达到 2.25Δy时，加劲肋处到其上方 150mm 的大块混凝土脱杆暴露，见图 2.12（b）。继续加载，位移达到 2.5Δy时，暴露出的系杆。位移达到 2.75Δy时，荷载降至峰值荷载的 85%以下，试验结束，最终图 2.12（c）。

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