非均勻受火的方鋼管混凝土柱抗火性能與設(shè)計.pdf

1、方鋼管混凝土柱充分利用了鋼材和混凝土的材料特性，具有抗彎性能好、施工方便、抗火性能好等優(yōu)點，在國內(nèi)外高層與超高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。因鋼管外露，方鋼管混凝土柱的抗火性能與設(shè)計是其在工程實踐中的關(guān)鍵問題之一?，F(xiàn)有研究和現(xiàn)行規(guī)范及規(guī)程多假設(shè)其四面均勻受火，而實際火災(zāi)中方鋼管混凝土柱也可能承受非均勻火災(zāi)作用，如單面火災(zāi)、兩面火災(zāi)以及三面火災(zāi)作用等。背火面的形成，不同程度地降低了方鋼管混凝土柱的整體溫度，亦使材料的損傷程度較四面均勻受火情況有所

2、減輕；受火方式的改變，使方鋼管混凝土柱產(chǎn)生溫度變形和附加偏心距，使非均勻受火的方鋼管混凝土柱的受力機理和抗火性能與四面受火情況有較大差異。為此，進行了單面、相對兩面及三面受火的方鋼管混凝土柱的耐火極限和抗火性能的試驗研究與理論分析，具體包括以下四部分：
　　（1）三面、單面受火的方鋼管混凝土柱抗火性能試驗研究
　　進行了4根三面受火和2根單面受火的方鋼管混凝土柱足尺明火抗火性能試驗，主要參數(shù)包括荷載比、荷載偏心距和受火方式。

3、獲得了兩種火災(zāi)方式作用下的方鋼管混凝土柱的變形全過程及破壞模式，實測了截面特征點溫度、軸向變形、柱中側(cè)向變形以及耐火極限等熱學(xué)和力學(xué)參數(shù)。
　　（2）方鋼管混凝土柱截面溫度分布及參數(shù)分析
　　基于構(gòu)成方鋼管混凝土柱的鋼材、混凝土以及防火保護層的熱工性能模型，利用ANSYS有限元分析軟件，建立了可考慮界面熱阻的方鋼管混凝土柱在單面、相對兩面、三面及四面火災(zāi)作用下的截面溫度場分析模型，并用現(xiàn)有試驗結(jié)果進行了模型驗證。分析了上述火

4、災(zāi)作用下方鋼管混凝土柱截面的典型溫度場及分布規(guī)律，研究了升溫時間、含鋼率、截面邊長以及防火保護層厚度對不同火災(zāi)作用下方鋼管混凝土柱截面溫度分布的影響規(guī)律。
　?。?）方鋼管混凝土柱耐火極限與抗火性能理論分析
　　收集整理了鋼材和混凝土在高溫下的熱膨脹系數(shù)、強度、彈性模量以及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型，確定了適合本文的材料熱力學(xué)參數(shù)。利用Fortran90編制了基于恒載升溫作用路徑的方鋼管混凝土柱在單面、相對兩面、三面以及四面火災(zāi)作用

5、下的耐火極限與抗火性能理論分析程序。利用本文進行的三面、單面火災(zāi)試驗結(jié)果以及其他研究者的相關(guān)試驗數(shù)據(jù)，驗證了提出的理論分析模型。在此基礎(chǔ)上，研究了不同受火條件下方鋼管混凝土柱軸向變形-時間關(guān)系曲線與側(cè)向變形-時間關(guān)系曲線，分析了不同受火方式對方鋼管混凝土柱抗火性能的作用機理和影響規(guī)律。
　?。?）非均勻受火的方鋼管混凝土柱耐火極限參數(shù)分析與抗火設(shè)計
　　進行了單面、相對兩面、三面以及四面火災(zāi)作用下方鋼管混凝土柱耐火極限的參數(shù)