不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能試驗(yàn)研究.pdf

1、型鋼混凝土異形柱可以發(fā)揮鋼材和混凝土這兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，截面承載力高、抗震性能好，克服了普通鋼筋混凝土異形柱使用中所存在的問(wèn)題，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用空間。目前一些高等院校和科研機(jī)構(gòu)已對(duì)型鋼混凝土異形柱常溫下的力學(xué)性能進(jìn)行了探索，而關(guān)于其抗火方面的研究則較少涉及。型鋼混凝土異形柱具有受火表面積較大，柱肢較薄和混凝土保護(hù)層厚度較小等特點(diǎn)，一旦在火災(zāi)中發(fā)生破壞，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部或整體坍塌，造成難以估量的損失。因此，型鋼混凝土異形柱的抗火性能研究

2、具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文主要研究異形柱類別中受力情況較為復(fù)雜，截面形式為不等肢L形的型鋼混凝土異形柱的抗火性能。共設(shè)計(jì)了10個(gè)不等肢L形型鋼混凝土異形柱試件，采用試驗(yàn)和有限元分析的方法，對(duì)該類型型鋼混凝土異形柱的抗火性能進(jìn)行了初步分析研究。本文的主要工作和結(jié)論如下:
　　1、在標(biāo)準(zhǔn)升溫過(guò)程下，開展9根不等肢L形型鋼混凝土異形柱的火災(zāi)試驗(yàn)，得到了截面溫度場(chǎng)，分析了不同偏心距、荷載水平對(duì)異形柱豎向和側(cè)向變形的影響。試驗(yàn)結(jié)果

3、表明:(1)測(cè)點(diǎn)溫度與距受火面的距離成反比，距離越近，溫度越高，升溫幅度也越大。反之，溫度越低，升溫幅度也越平緩。(2)由于混凝土保護(hù)層的存在，內(nèi)部型鋼的升溫幅度較小，最高溫度在350℃左右?？梢?jiàn)，混凝土對(duì)內(nèi)部鋼骨架有效起到了阻火、隔熱作用。(3)異形柱內(nèi)大部分測(cè)點(diǎn)在150℃附近有一或長(zhǎng)或短的溫度平臺(tái)，在此溫度平臺(tái)范圍內(nèi)升溫較為緩慢，超過(guò)這個(gè)溫度平臺(tái)后，升溫幅度加快。
　　2、進(jìn)行1根常溫及9根受火1小時(shí)后異形柱的靜載試驗(yàn)，研究了

4、其承載力、變形、應(yīng)變和粘結(jié)滑移等的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):(1)受火后異形柱的損傷情況并不嚴(yán)重，鋼骨架和內(nèi)部核心混凝土受到的影響較小，受火構(gòu)件承載力比未受火構(gòu)件承載力降低5.1％，仍然具有較高的承載能力。(2)加載位置和加載角度對(duì)異形柱的受力性能有重要影響。0°加載角柱5與柱2相比，偏心距增大200mm承載力降低59.1％;45°加載角柱9與柱6相比，偏心距增大200mm承載力降低70％。偏心距為100、160、240和300mm時(shí)，45°

5、角加載的異形柱相比0°加載的異性柱，承載力分別降低40.1％、55.3％、54.2％和56.1％。(3)平截面假定適用于不等肢L形格構(gòu)式型鋼混凝土異形柱的受力分析。
　　3、利用ABAQUS模擬分析火災(zāi)下不等肢L形型鋼混凝土異形柱的溫度場(chǎng)，并對(duì)不同受火時(shí)間異形柱截面損傷進(jìn)行評(píng)估。分析表明:(1)利用ABAQUS進(jìn)行溫度場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果總體上吻合較好。(2)兩面受火條件下，溫度由受火面向異形柱內(nèi)部傳遞，溫度曲線與異形柱形狀相似

6、，各條曲線呈層狀分布，在兩柱肢的分布圖形是基本是一致的。
　　4、利用ABAQUS建立異形柱受力模型，并考慮火災(zāi)后材料損傷，進(jìn)行火災(zāi)后異形柱的力學(xué)性能計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果顯示:(1)荷載角的不同對(duì)側(cè)向變形有較大影響。(2)根據(jù)N-M曲線走勢(shì)可以判斷大、小偏壓破壞的界限點(diǎn)，0°荷載角界限偏心距約為0.55h0，45°荷載角界限偏心距約為0.23h0，這與試驗(yàn)所得結(jié)論相吻合。(3)中性軸位置與加載點(diǎn)位置密切相關(guān)，加載點(diǎn)位置距截面形心越遠(yuǎn)