耐火鋼-鋼管混凝土柱的防火性能及屋面檁條的穩(wěn)定研究.pdf

1、近幾十年來，國內(nèi)學(xué)者對鋼管混凝土柱的防火性能進行了大量的試驗和理論研究，但鋼材多為普通鋼，也有不少學(xué)者對耐火鋼構(gòu)件進行了抗火分析，查閱文獻發(fā)現(xiàn)，未曾有學(xué)者對耐火鋼-鋼管混凝土柱展開抗火研究。本文以此為出發(fā)點，結(jié)合耐火鋼、混凝土二者優(yōu)點，分析耐火鋼-鋼管混凝土柱的防火性能。
　　本文首先利用ANYSY有限元軟件對火災(zāi)升溫曲線下耐火鋼-鋼管混凝土柱進行溫度場模擬，變化了鋼管直徑、長細比、含鋼率、鋼材強度、混凝土強度、受火時間、荷載偏心

2、率、荷載比等參數(shù)，采用數(shù)值計算方法求解耐火鋼-圓鋼管混凝土柱和耐火鋼-方鋼管混凝土柱耐火極限和承載力。提出了耐火極限和承載力的實用計算公式，公式與數(shù)值計算結(jié)果吻合度高，可為有關(guān)工程的抗火設(shè)計提供參考。研究結(jié)果表明，與普通柱相比，耐火鋼-鋼管混凝土柱耐火極限和承載力提高顯著，因此可減薄防火涂層。
　　采用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、水泥砂漿、蒸壓加氣混凝土板作為防火保護層，變化混凝土強度、長細比等參數(shù)，利用ANYSY有限元軟件分析耐火鋼-

3、鋼管混凝土柱在火災(zāi)升溫曲線下的溫度場，采用數(shù)值計算方法求解所需的防火保護層厚度，提出了三種保護層厚度的實用計算公式。對比普通柱，耐火鋼-鋼管混凝土柱所需的防火保護層厚度減少顯著，可節(jié)省建筑使用空間。
　　分析了多個參數(shù)對普通鋼管混凝土扁柱的承載力、耐火極限、厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度的影響。將扁柱與等面積的方柱、等周長的方柱進行了對比分析，扁柱的承載力系數(shù)、耐火極限均小于等面積、等周長的方柱，扁柱需要的厚涂型防火涂料厚度遠大于等面積

4、、等周長的方柱。采用普通鋼時，扁柱所需的厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料較大，達不到減少占用建筑空間的目的，將普通鋼替換為耐火鋼，分析了耐火鋼-鋼管混凝土扁柱的防火涂料厚度。
　　在ISO-834標準升溫曲線作用下，進行了3個耐火鋼-方鋼管混凝土柱和1個普通鋼管混凝土柱的耐火極限實驗研究，分析耐火鋼替換普通鋼后對鋼管混凝土柱防火性能的提高程度，并研究防火涂料厚度對耐火鋼-鋼管混凝土柱防火性能的影響。試驗結(jié)果表明，使用同樣厚度的防火涂料時耐火鋼

5、-方鋼管混凝土柱的耐火極限明顯高于普通柱，約為普通鋼管混凝土柱的2倍，防火性能顯著提高。
　　耐火鋼-鋼管混凝土柱防火性能分析是本文的最主要研究內(nèi)容，本文還研究了僅考慮扭轉(zhuǎn)約束不考慮側(cè)向約束的檁條扭轉(zhuǎn)問題，具體包括以下兩個方面的內(nèi)容:
　　改變屋面板厚度、檁條厚度、檁條腹板高度、立縫支架形式，對28組壓型鋼板屋面檁條體系進行足尺試驗，研究體系總扭轉(zhuǎn)剛度和影響總扭轉(zhuǎn)剛度的因素。采用ANSYS有限元分析軟件建模，分析屋面板、立縫

6、支架和檁條自身三者的抗扭剛度，分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，并提出屋面板、立縫支架和檁條自身的抗扭剛度的計算式。將試驗結(jié)果和有限元分析結(jié)果對比，得到總抗扭剛度由屋面板、支架和檁條自身三者串聯(lián)而成。試驗和有限元分析均表明影響總扭轉(zhuǎn)剛度最主要的因素是檁條厚度。
　　采用開口薄壁構(gòu)件理論，在忽略屋面板對檁條的側(cè)向約束條件下，根據(jù)上翼緣受扭轉(zhuǎn)約束的簡支檁條的線性總勢能方程，應(yīng)用變分法推導(dǎo)無支撐C形和Z形檁條在風(fēng)吸力作用下的扭轉(zhuǎn)角、位移表達式