不等肢L形型钢混凝土异形柱抗火性能试验研究

发布时间：2020-03-01 17:51

【摘要】：型钢混凝土异形柱可以发挥钢材和混凝土这两种材料各自的优点，截面承载力高、抗震性能好，克服了普通钢筋混凝土异形柱使用中所存在的问题，具有广阔的市场应用空间。目前一些高等院校和科研机构已对型钢混凝土异形柱常温下的力学性能进行了探索，而关于其抗火方面的研究则较少涉及。型钢混凝土异形柱具有受火表面积较大，柱肢较薄和混凝土保护层厚度较小等特点，一旦在火灾中发生破坏，将导致结构局部或整体坍塌，造成难以估量的损失。因此，型钢混凝土异形柱的抗火性能研究具有重要的现实意义。本文主要研究异形柱类别中受力情况较为复杂，截面形式为不等肢L形的型钢混凝土异形柱的抗火性能。共设计了10个不等肢L形型钢混凝土异形柱试件，采用试验和有限元分析的方法，对该类型型钢混凝土异形柱的抗火性能进行了初步分析研究。本文的主要工作和结论如下： 1、在标准升温过程下，开展9根不等肢L形型钢混凝土异形柱的火灾试验，得到了截面温度场，分析了不同偏心距、荷载水平对异形柱竖向和侧向变形的影响。试验结果表明：(1)测点温度与距受火面的距离成反比，距离越近，温度越高，升温幅度也越大。反之，温度越低，升温幅度也越平缓。(2)由于混凝土保护层的存在，内部型钢的升温幅度较小，最高温度在350℃左右。可见，混凝土对内部钢骨架有效起到了阻火、隔热作用。(3)异形柱内大部分测点在150℃附近有一或长或短的温度平台，在此温度平台范围内升温较为缓慢，超过这个温度平台后，升温幅度加快。 2、进行1根常温及9根受火1小时后异形柱的静载试验，研究了其承载力、变形、应变和粘结滑移等的变化规律。研究发现：(1)受火后异形柱的损伤情况并不严重，钢骨架和内部核心混凝土受到的影响较小，受火构件承载力比未受火构件承载力降低5.1%，仍然具有较高的承载能力。(2)加载位置和加载角度对异形柱的受力性能有重要影响。0°加载角柱5与柱2相比，偏心距增大200mm承载力降低59.1%；45°加载角柱9与柱6相比，偏心距增大200mm承载力降低70%。偏心距为100mm、160mm、240mm和300mm时，45°角加载的异形柱相比0°加载的异性柱，承载力分别降低40.1%、55.3%、54.2%和56.1%。(3)平截面假定适用于不等肢L形格构式型钢混凝土异形柱的受力分析。 3、利用ABAQUS模拟分析火灾下不等肢L形型钢混凝土异形柱的温度场，并对不同受火时间异形柱截面损伤进行评估。分析表明：(1)利用ABAQUS进行温度场计算的结果与试验结果总体上吻合较好。(2)两面受火条件下，温度由受火面向异形柱内部传递，温度曲线与异形柱形状相似，各条曲线呈层状分布，在两柱肢的分布图形是基本是一致的。 4、利用ABAQUS建立异形柱受力模型，并考虑火灾后材料损伤，进行火灾后异形柱的力学性能计算分析。计算结果显示：(1)荷载角的不同对侧向变形有较大影响。(2)根据N-M曲线走势可以判断大、小偏压破坏的界限点，0°荷载角界限偏心距约为0.55h0，45°荷载角界限偏心距约为0.23h0，这与试验所得结论相吻合。(3)中性轴位置与加载点位置密切相关，加载点位置距截面形心越远，中性轴位置越靠近截面内侧。
【图文】：

试件制作

×360×300（长宽高）。两端扩大头顶面和底面设直径 12mmHRB400 双向布置组成的钢筋网，并做 90 度弯钩垂至侧面。柱端得以局部加固，部不会在试验过程中破坏而导致试验难以继续进行。混凝土采用 C30 自密实混凝土，采用 P.O42.5R 水泥，5～20mm 碎石，中砂，，混凝土配合量比）水泥：砂：石子=1:3.23:3.24，水灰比 W/C=0.4，砂率 50%，使和矿粉作为掺合料，添加聚羧酸高效减水剂。为保证浇筑质量、方便支水平方式浇筑混凝土并用自然养护的方法加以养护，钢骨及模板如图 2-试件尺寸及配筋情况如图 2-2 所示。浇注试件的同时预留 12×100×100mm，9 个 150×150×150mm 和 6 个 100×100×300mm 混凝土试件同条件养护，用以测定混凝土的材料力学性能。试验开始时，根据标准法对预留试块进行混凝土力学性能试验，试验结果如表 2-1 所示，混凝度约为 C35，混凝土受压的应力应变关系曲线如图 2-3 所示。

粘结滑移,测量装置,中截面,型钢

粘结滑移测量装置
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU398.9;TU352.5

【参考文献】