配筋鋼管混凝土柱抗火性能的試驗研究.pdf

1、目前鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。針對鋼管混凝土柱的研究分為常溫受力性能和高溫抗火性能的研究，但是當(dāng)前針對鋼管混凝土柱抗火性能的研究比較匱乏，所以加強(qiáng)這方面的研究對于促進(jìn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及我國防災(zāi)減災(zāi)事業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。本文主要研究在鋼管混凝土柱內(nèi)部加配受力鋼筋構(gòu)成的配筋鋼管混凝土柱的抗火性能，對配筋鋼管混凝土柱常溫下的受力性能和高溫下的抗火性能進(jìn)行了理論分析和試驗研究。主要研究內(nèi)容如下： 1．對3個

2、配筋鋼管混凝土短柱和1個鋼管素混凝土短柱進(jìn)行了常溫下的軸心受壓試驗研究，分析了配筋鋼管混凝土短柱的受力機(jī)理、變形能力和破壞形態(tài)，提出了配筋鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力的計算公式。公式的計算結(jié)果與試驗結(jié)果符合得較好。 2．基于上述試驗結(jié)果對配筋鋼管混凝土短柱中鋼管的變形過程進(jìn)行了分析，提出了鋼管橫向變形的近似計算方法，同時基于約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，編制了數(shù)值計算程序?qū)ε浣钿摴芑炷凛S壓短柱常溫下的受力全過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，與

3、試驗結(jié)果的對比表明程序?qū)ε浣钿摴芑炷凛S心受壓短柱承載力和變形的模擬結(jié)果均較為理想。 3．對3個配筋鋼管混凝土柱和1個鋼管素混凝土柱在恒定軸壓荷載、兩端簡支條件下進(jìn)行了火災(zāi)行為的試驗研究，研究了配筋鋼管混凝土柱的火災(zāi)反應(yīng)、變形和破壞過程，測量了鋼管混凝土柱的截面溫度場，并分析了鋼管和配筋對鋼管混凝土柱抗火性能的影響。 4．分析了水分和接觸熱阻對鋼管混凝土柱截面溫度場的影響，然后基于能量守恒原理和熱力學(xué)理論推導(dǎo)了有限差分形

4、式的截面溫度場計算的基本方程，并編寫了數(shù)值計算程序來模擬鋼管混凝土柱截面內(nèi)的溫度場。 5．分析了影響鋼管混凝土柱截面溫度場的主要因素，并在數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上給出了鋼管混凝土柱截面溫度場的簡化計算方法，與數(shù)值計算結(jié)果和部分試驗結(jié)果的對比表明簡化計算方法具有良好的精度。 6．在掌握了混凝土和結(jié)構(gòu)鋼的高溫力學(xué)性能以及混凝土的瞬態(tài)熱應(yīng)變對變形影響的基礎(chǔ)上，編制了計算配筋鋼管混凝土柱耐火極限和受力變形過程的可視化程序，可以計算各

5、種混凝土類型和荷載工況下鋼管混凝土柱的耐火極限和變形過程，通過與部分軸向變形試驗結(jié)果和大量耐火極限試驗結(jié)果的對比，表明所編制的程序能夠較好地模擬配筋鋼管混凝土柱的耐火極限和變形過程。 7．分析了影響鋼管混凝土柱抗火性能的主要影響因素，并在大量數(shù)值計算結(jié)果的基礎(chǔ)上給出了配筋鋼管混凝土柱高溫承載力的簡化計算方法，可以用于鋼管混凝土柱抗火設(shè)計中耐火極限的計算，可作為工程設(shè)計的參考依據(jù)。 8．在配筋鋼管混凝土柱抗火性能分析及高溫

6、承載能力簡化計算的基礎(chǔ)上給出了配筋鋼管混凝土柱常溫設(shè)計和高溫抗火驗算相結(jié)合的設(shè)計方法，并給出了部分設(shè)計建議。 本文的主要創(chuàng)新點如下： 1．基于試驗結(jié)果，給出了配筋鋼管混凝土軸心受壓短柱的鋼管與核心混凝土相互作用和共同工作的分析模型，并編制了計算程序來模擬配筋鋼管混凝土軸心受壓短柱的受力變形全過程。 2．給出了水分和接觸熱阻對鋼管混凝土柱截面溫度場影響的分析方法，編制了精度良好的鋼管混凝土柱截面溫度場的數(shù)值計算程序