型鋼混凝土異形柱抗火性能研究及簡(jiǎn)化計(jì)算公式.pdf

1、型鋼混凝土異形柱不僅布置靈活、使用面積大，而且承載力高、抗震性能好?？梢灶A(yù)見(jiàn)，型鋼混凝土異形柱未來(lái)會(huì)在多、高層住宅建筑中得到廣闊的應(yīng)用。與鋼筋混凝土異形柱的研究相比，我國(guó)型鋼混凝土異形柱的抗火研究尚處于起步階段。
　　型鋼混凝土異形柱由于其截面形狀的不規(guī)則性，其正截面承載力的計(jì)算比矩形截面柱要復(fù)雜很多。為了保證火災(zāi)下柱子的安全性及了解高溫下異形柱的力學(xué)性能，本文從試驗(yàn)研究、ABAQUS數(shù)值模擬、MATLAB程序編制和SRC異形柱承

2、載力的簡(jiǎn)化計(jì)算四方面對(duì)SRC異形柱（包括十字形、T形、等肢L形和不等肢L形）火災(zāi)下的力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。以下為本文的主要內(nèi)容和成果:
　　1、本文在本團(tuán)隊(duì)成員的共同協(xié)作下設(shè)計(jì)了9根十字形、8根T形、9根等肢L形（簡(jiǎn)稱DL形）、9根不等肢L形（簡(jiǎn)稱BL形）型鋼混凝土異形柱。對(duì)于每種截面形式的異形柱，其中8根（T形柱為7根）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線下的火災(zāi)試驗(yàn)，作為對(duì)比另外1根進(jìn)行常溫下的軸壓試驗(yàn)，得到截面溫度場(chǎng)分布規(guī)律;對(duì)火災(zāi)后的試件進(jìn)

3、行靜力加載試驗(yàn)，同時(shí)分析偏心距和荷載角對(duì)殘余承載力的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)測(cè)點(diǎn)距受火面越近，溫度越高，升溫幅度越大;反之，溫度越低，升溫幅度也越平緩。截面核心區(qū)測(cè)點(diǎn)的升溫幅度較小，基本在200℃以下。(2)荷載角和偏心距對(duì)異形柱的受力性能有很大影響。無(wú)論何種截面形式異形柱，在其它條件一定的情況下，殘余承載力隨著偏心距的增大而減小，0°加載角的承載力高于45°加載角的承載力。(3)無(wú)論何種截面形式的型鋼混凝土異形柱，其豎向變形和側(cè)向位

4、移大致都經(jīng)歷變形平緩、變形加速和變形急劇增加三個(gè)階段。從抵抗變形的能力上看，在其他條件一定的條件下，十字柱優(yōu)于T形柱，BL形柱優(yōu)于DL形柱，T形柱優(yōu)于DL形柱。(4)十字形柱的承載力是T形截面柱的1.15～1.5倍，BL形截面柱承載力是DL形截面柱的1.06～1.17倍左右，而DL形截面柱抵抗荷載的性能優(yōu)于T形截面柱。
　　2、借助工程模擬有限元軟件ABAQUS對(duì)型鋼混凝土異形柱火災(zāi)后的溫度場(chǎng)和高溫下的受力性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明

5、:(1)ABAQUS模擬值與試驗(yàn)值吻合較好，能基本反映截面升溫的一般規(guī)律。(2)試驗(yàn)側(cè)移曲線與ABAQUS側(cè)移曲線的變化形狀是基本一致的，即隨著偏心距的增大，X、Y向的側(cè)移均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，而豎向側(cè)移變化不大。(3)截面抗彎能力隨著軸力的增大先增大后減小。試驗(yàn)得到的界限偏心距與ABAQUS計(jì)算得到的界限偏心距基本吻合。
　　3、根據(jù)平截面假定和數(shù)值分析原理，編制了適用于高溫下型鋼混凝土正截面承載力計(jì)算的MATLAB程序;運(yùn)用該程序

6、得到異形柱極限破壞時(shí)的N-M相關(guān)曲線和Mx-My相關(guān)曲線以及中性軸的位置，并分析型鋼混凝土異形柱正截面承載力的影響因素:荷載角、偏心距、混凝土強(qiáng)度等級(jí)和配鋼率等。結(jié)論如下:(1)由于程序的非線性，一般的數(shù)學(xué)解析法很難求解，本章采用Quasi-Newton方法，能快速有效的獲得收斂解。(2)界限偏心距的試驗(yàn)值、ABAQUS值和MATLAB值吻合較好。(3)荷載角、配鋼率、混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)型鋼混凝土異形柱（包括十字形、T形、DL形和BL形）

7、的極限承載力有著較大的影響。在其它因素一定的條件下，構(gòu)件的極限承載力隨含鋼率的增大而增大，與混凝土強(qiáng)度等級(jí)呈正比，隨偏心距的增大而減小。(4)型鋼混凝土異形柱與鋼筋混凝土異形柱在受火1小時(shí)后的N-M包絡(luò)圖和Mx-My包絡(luò)圖的變化規(guī)律相近，而且配鋼率的增加能顯著提高異形柱的承載力。
　　4、根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)提出了適用于高溫下型鋼混凝土異形柱正截面承載力計(jì)算的折算截面法，并運(yùn)用此法計(jì)算本文的試驗(yàn)構(gòu)件來(lái)驗(yàn)證此法的可靠性。計(jì)算