T形型鋼混凝土異形柱抗火性能的試驗(yàn)研究.pdf

1、相比普通鋼筋混凝土異形柱而言，型鋼混凝土異形柱由于配置了較多的型鋼，其承載力和抗震性能得到了明顯的提高，但其耐火性較差卻是個(gè)不容忽視的的問題。柱作為型鋼混凝土異形柱結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，一旦在火災(zāi)中發(fā)生嚴(yán)重破壞，極有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部或整體坍塌造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此正確把握型鋼混凝土異形柱的火災(zāi)行為及高溫受力特性對(duì)防止此類事故的發(fā)生具有重要意義，但國內(nèi)外有關(guān)型鋼混凝土異形柱抗火性能的研究工作幾乎還是一片空白。
　　 本文共

2、設(shè)計(jì)了8根T形型鋼混凝土異形柱，針對(duì)T形型鋼混凝土異形柱的抗火性能分別進(jìn)行了試驗(yàn)、數(shù)值模擬、截面特性分析研究和截面損傷評(píng)估。本文的主要工作和得出的主要結(jié)論如下:
　　 1.對(duì)7根T形型鋼混凝土異形柱在國際標(biāo)準(zhǔn)升溫過程中進(jìn)行了兩面受火試驗(yàn)，成功測(cè)得了截面溫度場(chǎng)，獲得了火災(zāi)下構(gòu)件豎向、側(cè)向變形及裂縫分布等有關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明，測(cè)點(diǎn)溫度在20℃-100℃之間均有或長(zhǎng)或短的溫度平臺(tái)，且測(cè)點(diǎn)離受火面越遠(yuǎn)溫度平臺(tái)越明顯;構(gòu)件在兩面受火的條件下

3、，距離受火面越近的測(cè)點(diǎn)溫度越高，最高近500℃，反之，溫度越低;從升溫幅度來看，距離受火面越遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)升溫幅度越小，溫度曲線變化越平緩;異形柱核心區(qū)域各測(cè)點(diǎn)溫度升溫都較小，基本均在200℃以下，比柱肢上距離受火面相同距離處測(cè)點(diǎn)的溫度低。
　　 2.對(duì)1根未受火以及7根受火1小時(shí)的型鋼混凝土異形柱進(jìn)行了受壓試驗(yàn)。獲得了構(gòu)件極限承載力，以及在豎向荷載作用下的荷載-粘結(jié)滑移曲線、荷載-豎向位移曲線、荷載-側(cè)向位移曲線和荷載-應(yīng)變曲線。得

4、出了如下結(jié)論:(1)通過各柱的殘余承載力比較，偏心距越大，承載能力越小，同時(shí)，在同等偏心距條件下，雙偏壓構(gòu)件承載力要小于單偏壓構(gòu)件承載力。(2)T形型鋼混凝土異形柱的滑移實(shí)測(cè)值要大于真實(shí)值，而實(shí)測(cè)值較小，說明混凝土與型鋼之間能夠較好的協(xié)同工作。(3)T形型鋼混凝土異形柱在受壓過程中豎向變形和側(cè)向變形均經(jīng)歷了變形緩慢、變形加速和變形急速增大的三個(gè)階段。
　　 3.采用大型有限元軟件ABAQUS對(duì)8根T形型鋼混凝土異形柱進(jìn)行了全過程

5、仿真模擬，包括溫度場(chǎng)有限元分析及結(jié)構(gòu)分析。并通過計(jì)算得到了構(gòu)件截面溫度場(chǎng)、極限承載力、荷載-位移曲線和荷載-應(yīng)變曲線。得出了如下結(jié)論:(1)通過兩根異形柱溫度場(chǎng)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較，ABAQUS計(jì)算值與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值吻合較好，構(gòu)件在受火1小時(shí)后模擬與試驗(yàn)?zāi)艿玫交疽恢碌臏囟葓?chǎng)，基本能反映構(gòu)件截面升溫的一般規(guī)律。(2)荷載角的不同，對(duì)X向和Y向位移影響較大。0°加載時(shí)，X向位移最大值為22.8mm，Y向位移最大值為6.3mm;45°加載時(shí)，X

6、向位移最大值為22.8mm，Y向位移值達(dá)到了18.7mm。(3)側(cè)向位移隨著偏心距的增大而增大，豎向位移隨偏心距的增大變化不明顯，說明構(gòu)件的變形以彎曲變形為主。
　　 4.為了豐富型鋼混凝土異形柱高溫下力學(xué)性能數(shù)據(jù)，本文還模擬了除了試驗(yàn)之外的不同偏心距和不同受火時(shí)間構(gòu)件的高溫受力性能。得出如下結(jié)論:(1)隨著加載偏心距的不斷增大，異形柱破壞時(shí)，中性軸位置不斷由構(gòu)件截面受拉區(qū)向受壓區(qū)偏移;隨著偏心距的增大，中性軸斜線與彎矩作用平面

7、的夾角越來越大，有逐漸接近垂直的趨勢(shì)。(2)TZ2的500℃等溫曲線距離異形柱邊緣的平均距離為8mm;TZ3因?yàn)闋t溫較低，沒有任何超過500℃的等溫曲線;TZ4為15mm;TZ5為12mm;TZ6也因?yàn)樵诮o定的爐溫曲線下沒有超過500℃的等溫曲線;TZ7為13mm;TZ8為35mm;受火1小時(shí)構(gòu)件為42mm;受火2小時(shí)構(gòu)件為56mm;受火3小時(shí)為62mm。TZ2、TZ4、TZ5、TZ7、TZ8的嚴(yán)重?fù)p傷面積占全截面面積的比值分別為2.1