火災(zāi)（高溫）下組合梁界面共同工作機(jī)理及承載力研究.pdf

1、組合梁界面之間通常通過柔性連接件栓釘將其連接，使鋼梁與混凝土板能夠共同工作承受外部荷載作用。國內(nèi)外學(xué)者已對(duì)常溫下組合梁性能開展了廣泛研究，形成了較為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和理論?；馂?zāi)（高溫）下，由于材料不同的熱膨脹率、材料屬性高溫退化等因素影響，組合梁界面之間將產(chǎn)生非荷載因素的滑移錯(cuò)位或分離，直接影響了組合梁的整體工作性能，降低了組合梁的剛度，使組合梁發(fā)生嚴(yán)重破壞。
　　已有研究對(duì)高溫下組合梁的界面分析還不夠深入，很多時(shí)候都忽略界面之間的

2、相對(duì)滑動(dòng)使分析更為簡便，更不能將界面滑移考慮到組合梁的抗火性能分析中。然而，從試驗(yàn)角度和數(shù)值分析角度來看組合梁界面滑移對(duì)整體抗火性能都將產(chǎn)生不利影響。因此，有必要對(duì)高溫下組合梁界面滑移的影響因素進(jìn)行分析，對(duì)組合梁的界面共同工作機(jī)理進(jìn)行了探討，總結(jié)出有利于提高抗火性能的的設(shè)計(jì)方法。本文采用數(shù)值模擬和理論分析兩種方法對(duì)組合梁高溫下的界面共同工作機(jī)理和承載力進(jìn)行了研究。完成的主要工作和得到的結(jié)論如下：
　　（1）對(duì)火災(zāi)高溫下組合梁的溫度

3、場(chǎng)分布進(jìn)行研究，運(yùn)用有限元分析軟件按照標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線對(duì)組合梁進(jìn)行熱分析，得到組合梁高溫下溫度場(chǎng)分布，對(duì)溫度分布規(guī)律進(jìn)行總結(jié)歸納。將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，吻合較好，驗(yàn)證熱分析模型的合理性與準(zhǔn)確性。在溫度場(chǎng)分布中鋼梁腹板在升溫前15min具有明顯的溫度梯度，這種溫度梯度也會(huì)導(dǎo)致鋼梁產(chǎn)生一定的熱膨脹變形，影響組合梁的共同工作性能。通過對(duì)含抗剪栓釘?shù)慕M合梁溫度場(chǎng)分布研究，栓釘溫度從根部沿混凝土板厚度方向逐漸降低。考慮到本文研究的效率，本文采

4、用彈簧單元代替實(shí)體栓釘單元，用鋼梁上翼緣溫度場(chǎng)定義彈簧單元的溫度場(chǎng)。
　　（2）對(duì)高溫下組合梁的熱-結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行分析研究，通過建立彈簧單元來模擬界面之間的滑移性能。根據(jù)已有的推出試驗(yàn)結(jié)果得出的力-位移-溫度曲線來定義沿鋼梁長度方向的彈簧非線性剛度。通過這種方法建立組合梁分析模型，采用順序耦合方式，將溫度場(chǎng)分析結(jié)果導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析中，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了數(shù)值模型的合理性與準(zhǔn)確性。
　?。?）按照驗(yàn)證模型的建模方法與材料

5、參數(shù)取值，對(duì)高溫下組合梁界面滑移影響因素進(jìn)行參數(shù)分析。選取的參數(shù)為：梁端約束尺寸Z、抗剪連接程度R、荷載比η。根據(jù)以上參數(shù)共進(jìn)行了45組數(shù)值分析，對(duì)數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行提取，得到跨中撓度對(duì)比圖，界面滑移量對(duì)比圖以及界面掀起量對(duì)比圖，分析各種參數(shù)對(duì)組合梁抗火性能的影響。根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果，通過對(duì)梁端約束尺寸Z、抗剪連接程度R、荷載比η在不同溫度下的界面滑移量對(duì)比分析，對(duì)高溫下組合梁界面共同工作機(jī)理進(jìn)行探討，分析這幾種參數(shù)對(duì)界面滑移的影響，也為之