L形型鋼混凝土異形柱抗火性能的試驗研究.pdf

1、型鋼混凝土異形柱結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝土異形柱相比，由于配置了較多的型鋼，承載能力有明顯提高，軸壓比限值可以放寬，抗震性能明顯優(yōu)越。但是，型鋼混凝土異形柱較傳統(tǒng)的矩形柱而言，受火面積大，受火后截面損傷區(qū)域占總截面面積的比例較大；配置的型鋼又會加大截面的熱傳導(dǎo)，使截面的損傷更加嚴重；過高的溫度還會削弱型鋼的力學(xué)性能。但是國內(nèi)外對型鋼混凝土異形柱抗火性能的研究還是一片空白。
　　本文設(shè)計了4根L形型鋼混凝土異形柱，針對型鋼混凝土異形柱的抗

2、火性能進行了試驗、數(shù)值模擬、截面力學(xué)特性等三個方面的研究。本文主要工作和結(jié)論如下：
　　1.進行了4根足尺型鋼混凝土異形柱在標(biāo)準升溫曲線下的火災(zāi)試驗，得到了其在受火2小時下的截面溫度場，通過自制的位移測量系統(tǒng)測量了火災(zāi)下的豎向、側(cè)向變形規(guī)律，火災(zāi)后的表觀現(xiàn)象及裂縫的分布規(guī)律，得出以下結(jié)論：(1)距離受火面越近的測點溫度越高，最高溫度達到了600℃，反之，則溫度越低；位于截面對稱軸上的各點的溫升都比較小，在200℃以下；槽鋼兩翼緣的

3、溫差均比較大，中間截面處的溫差，平均為217℃。(2)各柱受火后出現(xiàn)的裂縫的規(guī)律基本一致，較寬的裂縫大多數(shù)是水平裂縫及與水平裂縫呈45°的斜裂縫。
　　2.針對火災(zāi)后的損傷柱，進行了軸壓、偏壓試驗，獲得了型鋼混凝土異形柱火災(zāi)后在軸壓、偏壓狀態(tài)下混凝土和槽鋼的應(yīng)變；豎向和側(cè)向變形規(guī)律；通過自制的測量裝置測量了柱的粘結(jié)滑移；得到了殘余極限承載力，得出了以下結(jié)論：(1)各柱無論是大偏心受壓還是小偏心受壓，其最終破壞都是受壓區(qū)的混凝土被壓

4、碎或者剝落，受壓區(qū)的槽鋼基本能屈服，而受拉區(qū)的槽鋼一般都沒有屈服；(2)試驗測量的槽鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移較小，說明型鋼與混凝土之間能夠協(xié)同工作，桁架式的配鋼方式能夠解決型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的型鋼和混凝土的粘結(jié)滑移這一基本問題；(3)在荷載的作用下，型鋼混凝土柱會發(fā)生雙向彎曲，相對側(cè)向位移平均值為6.41mm，說明火災(zāi)后型鋼混凝土柱仍有相當(dāng)大的側(cè)向剛度；
　　3.借助有限元分析軟件ANSYS，利用APDL語言編制了命令流，對型鋼混凝

5、土異形柱受火后的溫度場進行了分析，然后采用損傷后的模型進行火災(zāi)后的軸壓、偏壓試驗進行了分析，與試驗結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)：(1)溫度場實測值與ANSYS計算值吻合較好，能反映出截面升溫的一般規(guī)律；(2)影響火災(zāi)下柱變形的因素很多，ANSYS計算時忽略了瞬態(tài)熱應(yīng)變等因素，所以導(dǎo)致計算值與試驗值相差較大；(3)采用有限元軟件ANSYS進行分析，單元和節(jié)點數(shù)量較多，計算時間較長，占用資源較大，并且考慮的損傷指標(biāo)較少，因此有必要開發(fā)一套適用于型鋼混凝

6、土異形柱結(jié)構(gòu)的抗火分析程序。
　　4.考察了截面的溫度場，中性軸位置，殘余極限承載力，N-M曲線的特點，進一步研究了型鋼混凝土異形柱的高溫受力特性，發(fā)現(xiàn)：(1)型鋼混凝土異形柱的N-Mx曲線包絡(luò)面積比普通鋼筋混凝土異形柱的大，軸壓下的極限承載力、極限抗彎承載力、界限破壞時的抗彎承載力比鋼筋混凝土異形柱的要高；(2)隨著偏心距的增大，試件破壞時，中性軸的位置不斷由受拉區(qū)向受壓區(qū)偏移。當(dāng)荷載角為45°時，中性軸的位置與常溫下類似，與彎