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,1522 北京科技大学学报 第31卷 (2)所有试件的轴压比均为0.4，由滯回曲线图 的百分比为试件的配箍率，由图可以看出，四种配 可知，相同条件下，配箍率越大，构件的滞回曲线越 箍率构件的量纲1骨架曲线上升段基本重合，而下 饱满，极限荷载后的水平承载力下降越平缓，构件的 降段有明显的区别，这表明配箍率对量纲1骨架曲 变形能力越强，耗能能力越大， 线的上升段没有什么影响，但对下降段有明显的影 (3)所有试件在加载到最大水平荷载之后，无 响.也就是在荷载达到极限荷载前，各构件的变形 论承载力衰减的快与慢，其滞回曲线基本都能收敛 特征和强度衰减基本相同，而极限荷载之后，由于配 于工字钢纯钢柱的滞回曲线，这主要是因为型钢混 箍率不同，导致构件的变形特征和强度衰减出现较 凝土柱试件为受弯破坏，其在混凝土保护层破坏剥落 大的差异.由图可见，构件配箍率越高，其量纲1骨 之后，型钢以及被型钢约束的核心混凝土还相对完 架曲线下降段越平缓，极限位移越大，也就说明构件 好，仍然具有一定的承载能力以及抵抗变形的能力， 的变形能力越强、强度衰减的越慢， 2.3骨架曲线 2.4耗能能力 构件的滞回曲线的包络线即为骨架曲线，骨架 评价结构构件的耗能性能通常以其荷载一位移 曲线反映了反复荷载下构件的开裂强度、极限承载 滞回曲线的饱满程度来衡量，在低周反复荷载作用 力以及变形能力，在任一次加载过程中，最大荷载均 下，在相同条件下，滞回曲线越饱满，则构件的耗能 不能超越骨架曲线[8]， 性能越好.由于滞回曲线的饱满程度只能定性地分 各构件的骨架曲线具有以下这些特征：当荷载 析构件的耗能性能，所以需要用等效黏滞阻尼系数 小于极限荷载的40%时，骨架曲线的上升段基本呈 h。来定量分析构件的耗能性能，以此来作为判断结 直线，表明构件处于弹性工作阶段，随着荷载的进一 构构件耗能能力的重要指标.其计算示意图如图9 步增大，曲线逐渐偏离直线而向横轴偏移，构件表现 所示.计算所得的等效黏滞阻尼系数h。越大，则表 出弹塑性的变形特征.当荷载增加到大约80%的极 明构件耗能能力越强， 限荷载以后，构件变形迅速增大，构件发生屈服，当 荷载达到极限荷载之后，由于构件的较多混凝土保 护层剥落，钢筋和型钢进入塑性以及轴压力P一△ 效应的影响，骨架曲线进入下降段，配箍率高的试 件下降段相对平缓，强度衰减较慢， 为了更为直观地比较不同配箍率构件的骨架曲 线，引入量纲1骨架曲线，量纲1骨架曲线能更好 地反映出最大荷载前后的变形特征和强度衰减。量 纲1骨架曲线是以P/Po为纵坐标，△/△，为横坐 图9等效黏滞阻尼系数计算示意图 标的骨架曲线，其中P、△分别是加载过程中的水 Fig.9 Illustration of equivalent hysteresis damping ratio 平荷载与水平位移，P是最大水平荷载，△是对应 等效黏滞阻尼系数h。可由下面的公式进行计算： 于最大水平荷载的水平位移 图8为不同配箍率的量纲1骨架曲线，图例中 1 Sloop he-2元SAon+SB0c (1) 式中，Sp为第1次循环的滞回环面积，SAoD为三角 形AOD面积，SBoC为三角形BOC面积， 图10为构件的等效黏滞阻尼系数与位移的曲 线关系图，图例中的百分比为试件的配箍率。由图 -SRC2b.2.026 可以看到，各构件的等效黏滞阻尼系数均随着位移 一SRC3b.1.73% 02 -SRC4a.I.50% 的增加而增大，这表明型钢混凝土柱的耗能能力较 SRC5.127% 强，在承受较大的位移，尽管柱根部较多混凝土保护 2 层剥落，但型钢及其内部核心的混凝土仍能处于良 41A 好的工作状态，继续消耗地震能量· 图8不同配箍率构件的量纲1骨架曲线 图10所示轴压比均为0.4，对于不同配箍率构 Fig.8 Dimensionless skeleton curves of specimens with different 件的等效黏滞阻尼系数与位移的关系，总体来说， stirrup ratios 同一级位移下，配箍率低的构件的等效黏滞阻尼系（2） 所有试件的轴压比均为0∙4由滞回曲线图 可知相同条件下配箍率越大构件的滞回曲线越 饱满极限荷载后的水平承载力下降越平缓构件的 变形能力越强耗能能力越大． （3） 所有试件在加载到最大水平荷载之后无 论承载力衰减的快与慢其滞回曲线基本都能收敛 于工字钢纯钢柱的滞回曲线．这主要是因为型钢混 凝土柱试件为受弯破坏其在混凝土保护层破坏剥落 之后型钢以及被型钢约束的核心混凝土还相对完 好仍然具有一定的承载能力以及抵抗变形的能力． 2∙3 骨架曲线 构件的滞回曲线的包络线即为骨架曲线．骨架 曲线反映了反复荷载下构件的开裂强度、极限承载 力以及变形能力在任一次加载过程中最大荷载均 不能超越骨架曲线［8］． 各构件的骨架曲线具有以下这些特征：当荷载 小于极限荷载的40％时骨架曲线的上升段基本呈 直线表明构件处于弹性工作阶段随着荷载的进一 步增大曲线逐渐偏离直线而向横轴偏移构件表现 出弹塑性的变形特征．当荷载增加到大约80％的极 限荷载以后构件变形迅速增大构件发生屈服．当 荷载达到极限荷载之后由于构件的较多混凝土保 护层剥落钢筋和型钢进入塑性以及轴压力 P－Δ 效应的影响骨架曲线进入下降段．配箍率高的试 件下降段相对平缓强度衰减较慢． 为了更为直观地比较不同配箍率构件的骨架曲 线引入量纲1骨架曲线．量纲1骨架曲线能更好 地反映出最大荷载前后的变形特征和强度衰减．量 纲1骨架曲线是以 P／P0 为纵坐标Δ／Δ0 为横坐 标的骨架曲线其中 P、Δ分别是加载过程中的水 平荷载与水平位移P0 是最大水平荷载Δ0 是对应 于最大水平荷载的水平位移． 图8 不同配箍率构件的量纲1骨架曲线 Fig．8 Dimensionless skeleton curves of specimens with different stirrup ratios 图8为不同配箍率的量纲1骨架曲线图例中 的百分比为试件的配箍率．由图可以看出四种配 箍率构件的量纲1骨架曲线上升段基本重合而下 降段有明显的区别．这表明配箍率对量纲1骨架曲 线的上升段没有什么影响但对下降段有明显的影 响．也就是在荷载达到极限荷载前各构件的变形 特征和强度衰减基本相同而极限荷载之后由于配 箍率不同导致构件的变形特征和强度衰减出现较 大的差异．由图可见构件配箍率越高其量纲1骨 架曲线下降段越平缓极限位移越大也就说明构件 的变形能力越强、强度衰减的越慢． 2∙4 耗能能力 评价结构构件的耗能性能通常以其荷载－位移 滞回曲线的饱满程度来衡量．在低周反复荷载作用 下在相同条件下滞回曲线越饱满则构件的耗能 性能越好．由于滞回曲线的饱满程度只能定性地分 析构件的耗能性能所以需要用等效黏滞阻尼系数 he 来定量分析构件的耗能性能以此来作为判断结 构构件耗能能力的重要指标．其计算示意图如图9 所示．计算所得的等效黏滞阻尼系数 he 越大则表 明构件耗能能力越强． 图9 等效黏滞阻尼系数计算示意图 Fig．9 Illustration of equivalent hysteresis-damping-ratio 等效黏滞阻尼系数 he 可由下面的公式进行计算： he＝ 1 2π Sloop SAOD＋SBOC （1） 式中Sloop为第1次循环的滞回环面积SAOD为三角 形 AOD 面积SBOC为三角形 BOC 面积． 图10为构件的等效黏滞阻尼系数与位移的曲 线关系图图例中的百分比为试件的配箍率．由图 可以看到各构件的等效黏滞阻尼系数均随着位移 的增加而增大．这表明型钢混凝土柱的耗能能力较 强在承受较大的位移尽管柱根部较多混凝土保护 层剥落但型钢及其内部核心的混凝土仍能处于良 好的工作状态继续消耗地震能量． 图10所示轴压比均为0∙4对于不同配箍率构 件的等效黏滞阻尼系数与位移的关系．总体来说 同一级位移下配箍率低的构件的等效黏滞阻尼系 ·1522· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷