配筋鋼管混凝土柱抗火性能的試驗(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)于促進(jìn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及我國(guó)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(duì)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(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．對(duì)3個(gè)

2、配筋鋼管混凝土短柱和1個(gè)鋼管素混凝土短柱進(jìn)行了常溫下的軸心受壓試驗(yàn)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(jì)算公式。公式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合得較好。 2．基于上述試驗(yàn)結(jié)果對(duì)配筋鋼管混凝土短柱中鋼管的變形過(guò)程進(jìn)行了分析，提出了鋼管橫向變形的近似計(jì)算方法，同時(shí)基于約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，編制了數(shù)值計(jì)算程序?qū)ε浣钿摴芑炷凛S壓短柱常溫下的受力全過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，與

3、試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)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(duì)3個(gè)配筋鋼管混凝土柱和1個(gè)鋼管素混凝土柱在恒定軸壓荷載、兩端簡(jiǎn)支條件下進(jìn)行了火災(zāi)行為的試驗(yàn)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(guò)程，測(cè)量了鋼管混凝土柱的截面溫度場(chǎng)，并分析了鋼管和配筋對(duì)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(duì)鋼管混凝土柱截面溫度場(chǎng)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(chǎng)計(jì)算的基本方程，并編寫了數(shù)值計(jì)算程序來(lái)模擬鋼管混凝土柱截面內(nèi)的溫度場(chǎng)。 5．分析了影響鋼管混凝土柱截面溫度場(chǎng)的主要因素，并在數(shù)值計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上給出了鋼管混凝土柱截面溫度場(chǎng)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，與數(shù)值計(jì)算結(jié)果和部分試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明簡(jiǎn)化計(jì)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(duì)變形影響的基礎(chǔ)上，編制了計(jì)算配筋鋼管混凝土柱耐火極限和受力變形過(guò)程的可視化程序，可以計(jì)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(guò)程，通過(guò)與部分軸向變形試驗(yàn)結(jié)果和大量耐火極限試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)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(guò)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(jì)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(jiǎn)化計(jì)算方法，可以用于鋼管混凝土柱抗火設(shè)計(jì)中耐火極限的計(jì)算，可作為工程設(shè)計(jì)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(jiǎn)化計(jì)算的基礎(chǔ)上給出了配筋鋼管混凝土柱常溫設(shè)計(jì)和高溫抗火驗(yàn)算相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，并給出了部分設(shè)計(jì)建議。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 1．基于試驗(yàn)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(jì)算程序來(lái)模擬配筋鋼管混凝土軸心受壓短柱的受力變形全過(guò)程。 2．給出了水分和接觸熱阻對(duì)鋼管混凝土柱截面溫度場(chǎng)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(chǎng)的數(shù)值計(jì)算程序