鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗火性能理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是應(yīng)用十分廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一,但其抗火性能的研究還處于初級階段。框架結(jié)構(gòu)抗火性能的研究,對于保證火災(zāi)中生命財(cái)產(chǎn)安全和結(jié)構(gòu)安全具有重要意義。本文在理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及其節(jié)點(diǎn)的抗火性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要包括以下幾個方面： (1)瞬態(tài)熱應(yīng)變是混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)中出現(xiàn)的一種主要變形,是混凝土在恒載升溫條件下出現(xiàn)的一種獨(dú)有的變形。本文在ABAQUS基礎(chǔ)上修改材料的熱膨脹系數(shù)方法和修改材料的彈性

2、系數(shù)方法,實(shí)現(xiàn)了瞬態(tài)熱應(yīng)變的數(shù)值模擬,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。 (2)本文還利用大型火災(zāi)實(shí)驗(yàn)爐對鋼筋混凝土大比例尺框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。提出了框架節(jié)點(diǎn)在ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫作用下的溫度場分布規(guī)律、變形規(guī)律、破壞規(guī)律。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,本文利用ABAQUS對節(jié)點(diǎn)的溫度場進(jìn)行了理論研究,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。 (3)在使用ABAQUS梁單元的基礎(chǔ)上,開發(fā)適用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及其節(jié)點(diǎn)火災(zāi)高溫分析的方法和混凝土

3、塑性增量模型,通過輸入截面不同積分點(diǎn)的溫度-時間曲線描述受火鋼筋混凝土梁柱截面復(fù)雜的溫度場分布,編制用戶子程序?qū)崿F(xiàn)了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)在火災(zāi)高溫下的非線性分析。本文還利用了節(jié)點(diǎn)的梁單元計(jì)算模型,將所開發(fā)的材料模型應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)的力學(xué)分析,通過試驗(yàn),驗(yàn)證了火災(zāi)分析方法的正確性。 (4)高溫下框架梁柱截面的彎矩-曲率關(guān)系反映了截面的延性和承載力特性。本文利用兩種方法計(jì)算了截面高溫下的彎矩-曲率關(guān)系,研究了升溫時間、軸向壓力對受火截

4、面彎矩-曲率關(guān)系的影響規(guī)律。分析表明,軸向壓力增加使截面的延性降低,升溫時間的延長使截面的延性增加。 (5)在所開發(fā)的材料模型的基礎(chǔ)上對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的非線性分析,提出了框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)高溫下內(nèi)力隨時間的變化規(guī)律、結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律、耐火極限的規(guī)律、結(jié)構(gòu)耐火的極限狀態(tài)以及懸鏈線效應(yīng)的機(jī)理。研究表明,單室火災(zāi)下,升溫過程中各截面發(fā)生明顯的內(nèi)力重分布,受火梁柱的熱膨脹是結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化的主要原因,柱端彎矩的內(nèi)力重分布程度大于梁端彎

5、矩。由于受周圍常溫區(qū)結(jié)構(gòu)約束作用不同,結(jié)構(gòu)耐火極限受火災(zāi)作用位置的影響顯著：單室火災(zāi)下,火災(zāi)作用在邊跨和上層時的耐火極限比火災(zāi)作用在中跨和下層時?。欢嗍一馂?zāi)下結(jié)構(gòu)的耐火極限進(jìn)一步降低。單室火災(zāi)作用下結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)為受火梁出現(xiàn)塑性鉸后形成機(jī)構(gòu)而破壞。多室火災(zāi)下四面受火柱的失穩(wěn)是結(jié)構(gòu)達(dá)到耐火極限的主要原因。本文對框架結(jié)構(gòu)在不同火災(zāi)工況條件下結(jié)構(gòu)塑性鉸的出現(xiàn)位置和順序進(jìn)行了研究,并系統(tǒng)的研究了結(jié)構(gòu)的火災(zāi)損傷規(guī)律。 (6)最后,本文還提