T形型鋼混凝土異形柱抗火性能的試驗研究.pdf

1、相比普通鋼筋混凝土異形柱而言，型鋼混凝土異形柱由于配置了較多的型鋼，其承載力和抗震性能得到了明顯的提高，但其耐火性較差卻是個不容忽視的的問題。柱作為型鋼混凝土異形柱結構的主要承重構件，一旦在火災中發(fā)生嚴重破壞，極有可能導致結構局部或整體坍塌造成重大人員傷亡和經濟損失，因此正確把握型鋼混凝土異形柱的火災行為及高溫受力特性對防止此類事故的發(fā)生具有重要意義，但國內外有關型鋼混凝土異形柱抗火性能的研究工作幾乎還是一片空白。
　　 本文共

2、設計了8根T形型鋼混凝土異形柱，針對T形型鋼混凝土異形柱的抗火性能分別進行了試驗、數(shù)值模擬、截面特性分析研究和截面損傷評估。本文的主要工作和得出的主要結論如下:
　　 1.對7根T形型鋼混凝土異形柱在國際標準升溫過程中進行了兩面受火試驗，成功測得了截面溫度場，獲得了火災下構件豎向、側向變形及裂縫分布等有關數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明，測點溫度在20℃-100℃之間均有或長或短的溫度平臺，且測點離受火面越遠溫度平臺越明顯;構件在兩面受火的條件下

3、，距離受火面越近的測點溫度越高，最高近500℃，反之，溫度越低;從升溫幅度來看，距離受火面越遠的測點升溫幅度越小，溫度曲線變化越平緩;異形柱核心區(qū)域各測點溫度升溫都較小，基本均在200℃以下，比柱肢上距離受火面相同距離處測點的溫度低。
　　 2.對1根未受火以及7根受火1小時的型鋼混凝土異形柱進行了受壓試驗。獲得了構件極限承載力，以及在豎向荷載作用下的荷載-粘結滑移曲線、荷載-豎向位移曲線、荷載-側向位移曲線和荷載-應變曲線。得

4、出了如下結論:(1)通過各柱的殘余承載力比較，偏心距越大，承載能力越小，同時，在同等偏心距條件下，雙偏壓構件承載力要小于單偏壓構件承載力。(2)T形型鋼混凝土異形柱的滑移實測值要大于真實值，而實測值較小，說明混凝土與型鋼之間能夠較好的協(xié)同工作。(3)T形型鋼混凝土異形柱在受壓過程中豎向變形和側向變形均經歷了變形緩慢、變形加速和變形急速增大的三個階段。
　　 3.采用大型有限元軟件ABAQUS對8根T形型鋼混凝土異形柱進行了全過程

5、仿真模擬，包括溫度場有限元分析及結構分析。并通過計算得到了構件截面溫度場、極限承載力、荷載-位移曲線和荷載-應變曲線。得出了如下結論:(1)通過兩根異形柱溫度場計算值與實測值的比較，ABAQUS計算值與試驗實測值吻合較好，構件在受火1小時后模擬與試驗能得到基本一致的溫度場，基本能反映構件截面升溫的一般規(guī)律。(2)荷載角的不同，對X向和Y向位移影響較大。0°加載時，X向位移最大值為22.8mm，Y向位移最大值為6.3mm;45°加載時，X

6、向位移最大值為22.8mm，Y向位移值達到了18.7mm。(3)側向位移隨著偏心距的增大而增大，豎向位移隨偏心距的增大變化不明顯，說明構件的變形以彎曲變形為主。
　　 4.為了豐富型鋼混凝土異形柱高溫下力學性能數(shù)據(jù)，本文還模擬了除了試驗之外的不同偏心距和不同受火時間構件的高溫受力性能。得出如下結論:(1)隨著加載偏心距的不斷增大，異形柱破壞時，中性軸位置不斷由構件截面受拉區(qū)向受壓區(qū)偏移;隨著偏心距的增大，中性軸斜線與彎矩作用平面

7、的夾角越來越大，有逐漸接近垂直的趨勢。(2)TZ2的500℃等溫曲線距離異形柱邊緣的平均距離為8mm;TZ3因為爐溫較低，沒有任何超過500℃的等溫曲線;TZ4為15mm;TZ5為12mm;TZ6也因為在給定的爐溫曲線下沒有超過500℃的等溫曲線;TZ7為13mm;TZ8為35mm;受火1小時構件為42mm;受火2小時構件為56mm;受火3小時為62mm。TZ2、TZ4、TZ5、TZ7、TZ8的嚴重損傷面積占全截面面積的比值分別為2.1