部分包裹混凝土柱与钢梁节点的抗震性能

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发布时间：2021-09-06

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部分包裹混凝土柱与钢梁节点的抗震性能
王姗秦明珍内蒙古科技大学建筑与土木T程学院
摘要：随着新型建筑结构的不断发展与研究，部分包裹混凝土柱(Partially Encased Con—
crete)以高承载力、中耐火性能的优越特点在建筑工程中被广泛使用。在某油田储油库的建造
过程中，截取4组部分包裹混凝土拄与钢梁外伸端板连接点作为试件，通过试验研究试件的结构
强度及抗震性能。通过有限元分析可以看出，端板是耗散地震能量的主要部位，增大端板厚度
可以有效增加节点承载力；背垫板能够明显改善结构的各类性能，设置背垫板等支撑可以明显
提高节点性能，是改善节点刚度的有效措施。
关键词：储油库；部分包裹混凝土柱；节点；加载；抗震性能
doi：10．3969／．issn．1006-6896．2014．6．006
随着新型建筑结构的不断发展与研究，部分包
裹混凝土柱(Partially Encased Concrete，简称
PEC)以高承载力、中耐火性能的优越特点在建筑
T程中被广泛使用。这是一种集钢结构和混凝土优
良性质的组合结构，对该种新型结构柱已做过相关
研究⋯，并得考虑了含钢率、轴压比、剪跨比等
对设计参数的影响：含钢率提高，构件变形能力提
高；轴力增大，柱的变形能力降低；剪跨比影响
曲线形状。节点作为传递弯矩、剪力、轴力的重要
部分，是结构设计控制的重点。
欧洲规范中按框架的转动刚度和有无侧移将节
点分为刚性节点、半刚性节点和柔性节点。而半刚
性节点的协调关系最为优越，既融合了刚性和柔性
节点的优点，又使结构保持稳定和耗能较低。这种
优越的结构性质，对于提高储油库的安全、抗震和
防火性能具有重要意义。
1 试验概况
在某油田储油库的建造过程中，截取4组部分
包裹混凝土柱与钢梁外伸端板连接点作为试件，通
过试验研究试件的结构强度及抗震性能。
1．1 试件设计
根据节点形式设计了4组试验，编号为JD一
1～JD一4。所有均为Q235一B钢材，试件梁长均为
1 100 mm，截面为I20 a。柱子采用部分包裹混凝
土组合柱，且上下贯通，高度为1 800mlTl。梁和柱
采用高强螺栓通过外伸端板连接，端板和钢梁之间
采用双面角焊缝连接。柱翼缘采用系杆将两侧拉
结，这样不仅能保证柱翼缘和混凝土有效拉结，还
能抵御一部分外荷载，起到双重保险作用。翼缘两
侧填充C30混凝土即可。
1．2 加载装置及位移控制
采用托压千斤顶和电业伺服作动器』Jf1载．¨水
平放置于地上，柱端用水平限位梁限制其位移；托
压千斤顶一端与反力墙连结，另一端同钢梁铰接，
在梁端施加轴向荷载。试验加载制度采用荷载一位
移双控制121的方法。试件屈服前应采用荷载控制／i-
分级加载，逐级递增，4个试件的加载步长均取极
限荷载的10％ (大约6 kN)，每级循环2次；当试
件屈服后，南于力很难继续保持稳定存一个数值
上，改用位移控制模式。
位移控制同样也采用分级加载的方式，加载步
长取试件屈服时最大位移值的0．25倍(大约6 mm)，
每级循环3次。
1．3 测量内容以及测点布置
试验测量的主要参数为梁端施加荷载、梁端部
位移大小和节点区域应变数据。
荷载可以通过压力传感器进行测量；梁端位
移、梁中部位移、端板位移采用位移汁测量；节点
区域应变数据可以通过电阻式应变片和自动采集系
统进行统计。
2 试验结果及分析
2．1 试验现象
JD一1试件：在加载到42 kN拉第1次时，翼
缘处的柱内横向系杆屈服，柱内对应梁翼缘混凝土
出现竖向裂缝。继续加载至54 kN时梁达到屈服。
此后由位移控制，当加载到0．5 时柱翼缘屈服；
继续加载柱翼缘与混凝土裂缝增大，继续加载至
2．25 端板拉裂，混凝土被压碎。
JD一2试件：在加载到48 kN时横向系杆屈
服，继续加载至54 kN梁进入屈服阶段。此后用位