T型非對稱配鋼型鋼混凝土柱抗震性能試驗研究

（天水大成實業有限公司,甘肅 天水 741020）

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本文對T型非對稱配鋼型鋼混凝土柱進行了抗震性能試驗研究，試驗對象是6根T型配鋼的型鋼混凝土柱，試驗參數有軸壓比和體積配箍率，剪跨比都為2.5。對滯回曲線、延性性能進行了比較分析，試驗表明，剪跨比為2.5的6根柱子的破壞形態主要為彎曲破壞；軸壓比與構件延性成反比，軸壓比越大，延性越差，反之越好；體積配箍率大的構件，延性越好，主要是因為箍筋對混凝土具有約束作用，從而改善了構件的延性。

T型非對稱配鋼；型鋼混凝土柱；抗震性能

1 引言

型鋼混凝土結構，作為鋼和混凝土組合結構的一種主要形式，就是在混凝土之中配置一定的型鋼（軋制或焊接成型），并且配有一定的受力鋼筋及構造鋼筋，以使這種組合結構的強度更高、剛度更大、延性更好，并且更有利施工速度的需要。型鋼混凝土結構充分汲取了鋼和混凝土優點，大大提升了這兩種材料原有的承載能力，這種結構體系的抗震性能十分優異，較普通鋼結構而言，其在耐火性能和耐久性能兩個方面表現則較為突出，在經濟效益方面也更加明顯。在實際工程中由于構件的截面形式為變化的，單一的采用對稱配鋼型鋼混凝土結構可能使結構的性能發揮不到最優，所以在有些部位，比如牛腿、墻轉角處等多采用非對稱配鋼，故根據截面配鋼形式的不同可以分為非對稱截面型鋼混凝土柱和對稱截面型鋼混凝土柱。關于對稱配鋼型鋼混凝土柱，目前國內外的研究都比較多，并且形成了不少可參考的規范，然而對于非對稱配鋼型鋼混凝土柱，國內外的研究都比較少，可事實非對稱配鋼的型鋼混凝土柱在實際工程中運用也比較多，所以對非對稱配鋼的型鋼混凝土柱的研究是具有重要意義的。本文對T型配鋼型鋼混凝土柱在不同軸壓比與不同配箍率下的延性進行了試驗研究，得出了軸壓比、配箍率與延性的關系。研究成果將為非對稱配鋼型鋼混凝土柱的抗震性能的研究提供一些參考，從而促進這種結構的推廣與應用。

2 試驗概況

2.1 試件設計

本試驗總共設計了6根T型配鋼型鋼混凝土柱，主要考慮比較的參數為軸壓比和配箍率，柱子剪跨比均為2.5，含鋼率為5.19％，其余參數見下表1：

表1

試件截面及配筋構造圖如下：

該試件所用混凝土強度等級為C40，試件用木模支模，人工澆筑成型，養護時間為28天，試件澆筑的同時我們做了150mm×150mm×150mm的標準試塊，并且是在同條件下養護的，試塊測得材料性能結果如下表2所示：

表2 混凝土材料性能

2.2 試驗設備

T型非對稱配鋼型鋼混凝土柱抗震性能試驗采用擬靜力加載。柱頂軸向力由油壓千斤頂施加，由電液伺服作動器施加水平低周往復荷載，試驗反力系統為L型反力墻，試驗設備如下圖所示：

2.3 加載方案

懸臂梁式加載方案可以作為試驗使用。試驗開始時，軸向壓力由高精度靜態液壓伺服千斤頂施加，接著由電液伺服作動器采用位移控制施加水平低周往復荷載。根據實時繪制的柱頂水平位移-荷載滯回曲線和鋼骨應變情況判斷是否屈服。試件屈服前每級位移循環1次，分8級加載至屈服位移，屈服之后每級位移循環3次，直到荷載下降到極限荷載的85％或試件無法繼續承受軸力時，停止加載，然后結束試驗。

2.4 量測內容

量測內容有柱頂荷載及位移以及混凝土應變、鋼骨、鋼筋應變。柱頂水平荷載通過與伺服作動器連接的荷載-位移傳感器即時采集，水平位移由位移計測得，混凝土應變采用附著式引申義量測，鋼骨與鋼筋應變的量測采用應變片和應變花測試。測試位置如下圖1：

型鋼上應變片

箍筋上應變片

圖1 引伸儀及位移計貼放位置

3 試驗結果分析

下圖為所得到的6個試件的滯回曲線，滯回曲線是試驗過程中得到的荷載-變形曲線，滯回曲線的形狀也是衡量構件抗震性能的一個重要指標[2]。從圖中可以看出，軸壓比大的構件的滯回曲線的飽滿程度不及軸壓比小的構件的飽滿程度，配箍率小的構件的滯回曲線也不及配箍率大的構件的滯回曲線。

T-1

T-2

T-3

T-4

T-5

T-6

3.1 體積配箍率與延性的關系

由試驗數據分析后的圖表可知，體積配箍率越大，則延性越好。體積配箍率的大小也影響著出現最大承載力時的位移，在試驗時觀察發現，出現最大承載力時位移大的，其體積配箍率也較大。圖2為體積配箍率與延性系數的關系圖。

圖2 體積配箍率與延性系數關系圖

3.2 軸壓比與延性的關系

對于構件的延性來說，軸壓比所產生的影響特別明顯，通過表3對比分析可以得出這樣的結論，就構件的延性來說，軸壓比低的系數較軸壓比高的系數要大，因此可知說軸壓比小的構件延性會更好。圖3為延性系數與軸壓比的關系圖，從圖上看出軸壓比越小其延性越好。

表3 軸壓比與延性系數對比表格

圖3 延性系數與軸壓比關系圖

4 結論

通過本試驗可以看出軸壓比與體積配箍率對試件的延性有著顯著的影響。從試驗得到的數據經分析后可知，軸壓比越大，延性越差，反之，則越好，體積配箍率越大，延性越好 ，反之，則越差。延性對構件的抗震性能的影響比較大，所以延性越好，構件抗震性能也就越好。

[1]趙鴻鐵.鋼與混凝土組合結構[M].北京：科學出版社，2001

[2]沈聚敏，周錫元.抗震工程學[M].北京：中國建筑工業出版社, 2000.

T型非對稱配鋼型鋼混凝土柱抗震性能試驗研究

王彥斌

王彥斌，男，碩士研究生，從事結構工程研究工作。