摘要
钢-砼组合柱具有承载力高、耗能大、延性好等突出的抗震性能，而装配式建筑结构中钢的应用广泛，在装配节点中加入钢材有利于提高节点的抗震性能和创新装配节点的构造形式。在装配式组合柱中，钢筒不但有效提高所在截面的承载力，而且对装配连接的构造形式有奠基作用，例如通过连接节点的钢筒可以采用焊接连接、螺栓连接、湿连接等装配连接方式。随着国家建筑结构向装配式建筑发展转型，装配式框架柱作为建筑结构的主要构件，众多关于装配式框架柱的研究纷纷涌现。为在装配式建筑结构中发挥钢-砼组合柱的优越性能，本文提出在装配柱连接节点预埋钢筒的新型装配式钢-砼组合柱，采用预制柱预埋钢筒焊接的干连接和钢筒内外进行第二次混凝土浇筑的湿连接相结合的连接方式。目前未有研究报道关于该类新型组合柱的抗震性能，本文拟通过实验分析和有限元模拟相结合的手段，对该新型装配式钢-砼组合柱的承载力、耗能能力、变形能力、退化程度等抗震性能指标进行深入研究，通过研究轴压比（0.2、0.4、0.6和0.8）、钢筒厚度（0mm、2mm、4mm、6mm、8mm和10mm）、连接钢筒外边长（0mm、200mm、220mm、240mm和260mm）、钢筒钢材牌号等级（Q420、Q345、Q234和Q195）、柱的纵向钢筋直径（12mm、14mm、16mm、18mm和20mm）和其强度等级（HRB335、HRB400、HRB500和HRB600），分析其对试件抗震性能的影响规律。本文研究结果表明： （1）新型装配式钢-砼组合柱具备优越的抗震性能，其在侧向往复荷载作用下的承载力、变形能力和耗能能力皆优于普通钢筋混凝土柱。该装配式组合柱有0.4%的弹性层间位移角，远超过建筑抗震设计规范的弹性层间位移角限值1/550。同时其极限位移角普遍超过弹塑性层间位移角限值1/50。该类装配式柱子的延性系数为4.0左右，高于一般钢筋混凝土结构延性系数3。此外，其等效塑性铰区域范围长度与柱截面宽度比值集中在0.9-1.0范围，大于一般钢筋混凝土柱相关比值0.5，破坏控制截面在钢筒上边缘，装配连接节点处的变形较小，贴合“强节点、弱构件”抗震设计原则。 （2）增加轴压比虽然能够提高试件在弯压复杂受力状况下的承载力和耗能能力，但是由于内部材料摩擦作用的增强，试件的延性变差。与轴压比为0.2相比，常用轴压比0.6作用下的新型装配式钢-砼组合柱的峰值荷载、峰值弯矩和累计耗能高24.1%、30.7%和29.8%，但延性系数有所下降。 （3）增加钢筒的厚度或者外边长皆能增强构件的抗震性能，其中增加外边长对承载力的提高效果更为明显，造成这种情况的原因是由于钢筒的约束作用核心混凝土的承载力更高，在循环往复加载过程中钢筒内核心混凝土的累积损伤比外部混凝土小，钢筒外部混凝土占比降低更有效提高构件的承载力和累积耗能。但是由于钢筒位于控制截面之外，其钢材牌号等级对构件抗震性能影响不大。 （4）柱纵筋的直径和强度等级对构件承载力、延性和耗能能力皆有正向作用。通过增大纵筋直径可以直接增加配筋率，从而使构件具备更好的抗震性能，其中对构件峰值荷载和累计耗能影响较大。在保持用钢量相等的前提下，采用高强钢筋也是提高构件抗震性能的一种方式。
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