耐火鋼-鋼管混凝土柱的防火性能及屋面檁條的穩(wěn)定研究.pdf

1、近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)鋼管混凝土柱的防火性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和理論研究，但鋼材多為普通鋼，也有不少學(xué)者對(duì)耐火鋼構(gòu)件進(jìn)行了抗火分析，查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，未曾有學(xué)者對(duì)耐火鋼-鋼管混凝土柱展開(kāi)抗火研究。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合耐火鋼、混凝土二者優(yōu)點(diǎn)，分析耐火鋼-鋼管混凝土柱的防火性能。
　　本文首先利用ANYSY有限元軟件對(duì)火災(zāi)升溫曲線下耐火鋼-鋼管混凝土柱進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬，變化了鋼管直徑、長(zhǎng)細(xì)比、含鋼率、鋼材強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度、受火時(shí)間、荷載偏心

2、率、荷載比等參數(shù)，采用數(shù)值計(jì)算方法求解耐火鋼-圓鋼管混凝土柱和耐火鋼-方鋼管混凝土柱耐火極限和承載力。提出了耐火極限和承載力的實(shí)用計(jì)算公式，公式與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合度高，可為有關(guān)工程的抗火設(shè)計(jì)提供參考。研究結(jié)果表明，與普通柱相比，耐火鋼-鋼管混凝土柱耐火極限和承載力提高顯著，因此可減薄防火涂層。
　　采用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、水泥砂漿、蒸壓加氣混凝土板作為防火保護(hù)層，變化混凝土強(qiáng)度、長(zhǎng)細(xì)比等參數(shù)，利用ANYSY有限元軟件分析耐火鋼-

3、鋼管混凝土柱在火災(zāi)升溫曲線下的溫度場(chǎng)，采用數(shù)值計(jì)算方法求解所需的防火保護(hù)層厚度，提出了三種保護(hù)層厚度的實(shí)用計(jì)算公式。對(duì)比普通柱，耐火鋼-鋼管混凝土柱所需的防火保護(hù)層厚度減少顯著，可節(jié)省建筑使用空間。
　　分析了多個(gè)參數(shù)對(duì)普通鋼管混凝土扁柱的承載力、耐火極限、厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度的影響。將扁柱與等面積的方柱、等周長(zhǎng)的方柱進(jìn)行了對(duì)比分析，扁柱的承載力系數(shù)、耐火極限均小于等面積、等周長(zhǎng)的方柱，扁柱需要的厚涂型防火涂料厚度遠(yuǎn)大于等面積

4、、等周長(zhǎng)的方柱。采用普通鋼時(shí)，扁柱所需的厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料較大，達(dá)不到減少占用建筑空間的目的，將普通鋼替換為耐火鋼，分析了耐火鋼-鋼管混凝土扁柱的防火涂料厚度。
　　在ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線作用下，進(jìn)行了3個(gè)耐火鋼-方鋼管混凝土柱和1個(gè)普通鋼管混凝土柱的耐火極限實(shí)驗(yàn)研究，分析耐火鋼替換普通鋼后對(duì)鋼管混凝土柱防火性能的提高程度，并研究防火涂料厚度對(duì)耐火鋼-鋼管混凝土柱防火性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用同樣厚度的防火涂料時(shí)耐火鋼

5、-方鋼管混凝土柱的耐火極限明顯高于普通柱，約為普通鋼管混凝土柱的2倍，防火性能顯著提高。
　　耐火鋼-鋼管混凝土柱防火性能分析是本文的最主要研究?jī)?nèi)容，本文還研究了僅考慮扭轉(zhuǎn)約束不考慮側(cè)向約束的檁條扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，具體包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容:
　　改變屋面板厚度、檁條厚度、檁條腹板高度、立縫支架形式，對(duì)28組壓型鋼板屋面檁條體系進(jìn)行足尺試驗(yàn)，研究體系總扭轉(zhuǎn)剛度和影響總扭轉(zhuǎn)剛度的因素。采用ANSYS有限元分析軟件建模，分析屋面板、立縫

6、支架和檁條自身三者的抗扭剛度，分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，并提出屋面板、立縫支架和檁條自身的抗扭剛度的計(jì)算式。將試驗(yàn)結(jié)果和有限元分析結(jié)果對(duì)比，得到總抗扭剛度由屋面板、支架和檁條自身三者串聯(lián)而成。試驗(yàn)和有限元分析均表明影響總扭轉(zhuǎn)剛度最主要的因素是檁條厚度。
　　采用開(kāi)口薄壁構(gòu)件理論，在忽略屋面板對(duì)檁條的側(cè)向約束條件下，根據(jù)上翼緣受扭轉(zhuǎn)約束的簡(jiǎn)支檁條的線性總勢(shì)能方程，應(yīng)用變分法推導(dǎo)無(wú)支撐C形和Z形檁條在風(fēng)吸力作用下的扭轉(zhuǎn)角、位移表達(dá)式