第12期 陈小刚等：型钢混凝土柱抗震性能实验研究 ,1523 0.40r 表6构件延性系数 Table 6 Ductility coefficient of specimens 0.35 0.30 构件 实验 体积 延性系数 编号 轴压比 配箍率/%正向 反向 均值 025 SRC1 0.4 2.41 4.85 4.08 4.47 0.20 .-SRC2b.2.024 SRC2a 0.4 2.06 5.70 4.39 5.05 0.15 +-SRC3a.1.7794 +-SRC36,1.73 SRC2b 0.4 2.02 5.67 4.19 4.93 0.10 SRC4a.1.50 +-SRC4b,1.489% SRC3a 0.4 1.77 4.81 3.89 4.35 0.05 10 1520253035 SRC3b 0.4 1.73 5.10 4.74 4.92 位移mm SRC4a 0.4 1.50 3.58 4.81 4.20 图10等效黏滞阻尼系数与位移的关系 SRC4b 0.4 1.48 4.42 3.57 4.00 Fig-10 Correlation of equivalent hysteresis damping ratio and dis SRC5 0.4 1.27 3.42 4.08 3.75 placement 型钢混凝土柱的抗震性能，这一点同样得到了实验 数比配箍率高的要大些，但随着加载位移的增大，接 的验证，实验结果表明，配箍率越高，柱的延性越 近30mm甚至更大时，配箍率低的构件由于外包的 好，这是因为在型钢混凝土柱中，型钢承担轴力，其 混凝土保护层大量剥落承载力迅速下降而不能继续 腹板相当于连续配置的箍筋，箍筋更能使外围混凝 较好的工作，但是配箍率较大的构件却能继续较好 土得到较好的约束，不至于剥落，体积配箍率越大， 的工作，等效黏滞阻尼系数仍然继续增大，体现了他 其所能提供的约束作用就越强，对混凝土延性的改 们很好的耗能性能.如试件SRC3a,其在加载位移 善作用越明显，构件延性系数的提高也就越大，从 达到34mm时等效黏滞阻尼系数达到0.37.试件 实验结果看，保护层外的混凝土剥落后，型钢内的混 SRC2b在位移加载到32mm时，等效黏滞阻尼系数 凝土几乎完好，因此箍筋对柱的延性的提高有较大 达到0.32.由此可见，相同条件下，型钢混凝土柱构 的影响，配箍率的高低还影响最大承载力出现时候 件的耗能性能随配箍率的增大而增大， 的位移：配箍率越高，位移越大；反之，越小，这也说 2.5延性分析 明配箍率对延性的影响. 延性是指截面或构件在承载能力没有显着下降 图11为延性系数与体积配箍率的曲线图.该 的情况下承受变形的能力，或者说，延性的含义是破 曲线表明，体积配箍率是构件延性的重要因素，构件 坏以前截面或构件能承受多大的后期变形能力，本 的延性随着体积配箍率增大而增大，由曲线还可以 文根据实测P一△滞回曲线所得的骨架曲线，根据 看出，体积配箍率不大于1.77%(1.27%、1.48%和 文献[9]的建议，采用R.Park法求其屈服位移A, 1.77%)的点基本共线，可将其拟合为一条直线，如 以荷载下降到极限荷载Pmx的85%作为名义极限 图12及拟合曲线公式： 荷载，以其对应的位移作为极限位移△，位移延性 =120.040+2.2247(0≤1.77%)(2) 系数“为极限位移△与屈服位移△的比值，即 式中，μ为延性系数，P,为体积配箍率. =A/A 《GB50010一2002混凝土结构设计规范)[6]规 根据以上延性系数及其屈服位移和极限位移的 定，设计轴压比为0.65（实验轴压比为0.4）的框架 确定方法，由图8的骨架曲线计算得到本实验各构 柱的体积配箍率基本值为1.76%.该拟合公式可以 件的位移延性系数，如表6所示 方便求出体积配箍率低于此基本值的构件延性系 本实验研究表明，配箍率是影响型钢混凝土柱 数 延性的重要因素，以下具体地分析配箍率对型钢混 影响型钢混凝土柱延性的主要因素除了构件的 凝土柱延性的影响 配箍率，还有剪跨比、含钢量、钢材强度、型钢形式、 体积配箍率对构件延性的贡献主要体现在对混 混凝土强度及施工措施等，这些参数对于柱的延性 凝土受力性能的改善上·箍筋的存在对混凝土起到 有着相互关联的影响，并不独立[0-12]， 约束作用，使其从单向受力状态变为多向受力状态， 不仅提高约束混凝土的强度，同时提高混凝土达到 3结论 峰值强度后的变形能力，因此设置箍筋有利于提高 (1)型钢混凝土柱在低周反复荷载作用下具有图10 等效黏滞阻尼系数与位移的关系 Fig．10 Correlation of equivalent hysteresis-damping-ratio and dis￾placement 数比配箍率高的要大些‚但随着加载位移的增大‚接 近30mm 甚至更大时‚配箍率低的构件由于外包的 混凝土保护层大量剥落承载力迅速下降而不能继续 较好的工作‚但是配箍率较大的构件却能继续较好 的工作‚等效黏滞阻尼系数仍然继续增大‚体现了他 们很好的耗能性能．如试件 SRC3a‚其在加载位移 达到34mm 时等效黏滞阻尼系数达到0∙37．试件 SRC2b 在位移加载到32mm 时‚等效黏滞阻尼系数 达到0∙32．由此可见‚相同条件下‚型钢混凝土柱构 件的耗能性能随配箍率的增大而增大． 2∙5 延性分析 延性是指截面或构件在承载能力没有显着下降 的情况下承受变形的能力‚或者说‚延性的含义是破 坏以前截面或构件能承受多大的后期变形能力．本 文根据实测 P－Δ滞回曲线所得的骨架曲线‚根据 文献［9］的建议‚采用 R·Park 法求其屈服位移 Δy‚ 以荷载下降到极限荷载 Pmax的85％作为名义极限 荷载‚以其对应的位移作为极限位移 Δu‚位移延性 系数 μ为极限位移 Δu 与屈服位移 Δy 的比值‚即 μ＝Δu／Δy． 根据以上延性系数及其屈服位移和极限位移的 确定方法‚由图8的骨架曲线计算得到本实验各构 件的位移延性系数‚如表6所示． 本实验研究表明‚配箍率是影响型钢混凝土柱 延性的重要因素．以下具体地分析配箍率对型钢混 凝土柱延性的影响． 体积配箍率对构件延性的贡献主要体现在对混 凝土受力性能的改善上．箍筋的存在对混凝土起到 约束作用‚使其从单向受力状态变为多向受力状态‚ 不仅提高约束混凝土的强度‚同时提高混凝土达到 峰值强度后的变形能力‚因此设置箍筋有利于提高 表6 构件延性系数 Table6 Ductility coefficient of specimens 构件 编号 实验 轴压比 体积 配箍率／％ 延性系数 正向 反向 均值 SRC1 0∙4 2∙41 4∙85 4∙08 4∙47 SRC2a 0∙4 2∙06 5∙70 4∙39 5∙05 SRC2b 0∙4 2∙02 5∙67 4∙19 4∙93 SRC3a 0∙4 1∙77 4∙81 3∙89 4∙35 SRC3b 0∙4 1∙73 5∙10 4∙74 4∙92 SRC4a 0∙4 1∙50 3∙58 4∙81 4∙20 SRC4b 0∙4 1∙48 4∙42 3∙57 4∙00 SRC5 0∙4 1∙27 3∙42 4∙08 3∙75 型钢混凝土柱的抗震性能‚这一点同样得到了实验 的验证．实验结果表明‚配箍率越高‚柱的延性越 好．这是因为在型钢混凝土柱中‚型钢承担轴力‚其 腹板相当于连续配置的箍筋‚箍筋更能使外围混凝 土得到较好的约束‚不至于剥落．体积配箍率越大‚ 其所能提供的约束作用就越强‚对混凝土延性的改 善作用越明显‚构件延性系数的提高也就越大．从 实验结果看‚保护层外的混凝土剥落后‚型钢内的混 凝土几乎完好‚因此箍筋对柱的延性的提高有较大 的影响．配箍率的高低还影响最大承载力出现时候 的位移：配箍率越高‚位移越大；反之‚越小．这也说 明配箍率对延性的影响． 图11为延性系数与体积配箍率的曲线图．该 曲线表明‚体积配箍率是构件延性的重要因素‚构件 的延性随着体积配箍率增大而增大．由曲线还可以 看出‚体积配箍率不大于1∙77％ （1∙27％、1∙48％和 1∙77％）的点基本共线‚可将其拟合为一条直线‚如 图12及拟合曲线公式： μ＝120∙04ρv＋2∙2247 （ρv≤1∙77％） （2） 式中‚μ为延性系数‚ρv 为体积配箍率． 《GB50010－2002混凝土结构设计规范》［6］ 规 定‚设计轴压比为0∙65（实验轴压比为0∙4）的框架 柱的体积配箍率基本值为1∙76％．该拟合公式可以 方便求出体积配箍率低于此基本值的构件延性系 数． 影响型钢混凝土柱延性的主要因素除了构件的 配箍率‚还有剪跨比、含钢量、钢材强度、型钢形式、 混凝土强度及施工措施等‚这些参数对于柱的延性 有着相互关联的影响‚并不独立［10－12］． 3 结论 （1） 型钢混凝土柱在低周反复荷载作用下具有 第12期 陈小刚等： 型钢混凝土柱抗震性能实验研究 ·1523·