大長細(xì)比鋼管混凝土柱受火工作機(jī)理研究.pdf

1、鋼管混凝土柱(CFT)具有抗壓承載能力高、塑性和韌性好、施工方便及周期短、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)勢，近年來在高層建筑得到廣泛應(yīng)用。本文對標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下組合柱的溫度場計(jì)算進(jìn)行了深入的數(shù)值模擬分析，探討了常溫下和高溫下大長細(xì)比鋼管混凝土柱工作機(jī)理，開展了常溫下鋼管混凝土柱極限承載力及延性分析，進(jìn)行了高溫下鋼管混凝土柱耐火時(shí)間的參數(shù)化分析。主要研究工作與成果包括：
　?。?）探究了鋼材及混凝土熱工參數(shù)、鋼-混凝土界面熱阻、熱輻射系數(shù)和對流換熱系數(shù)等

2、對組合柱溫度場分布的影響。通過與大量的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對比，檢驗(yàn)了溫度場數(shù)值分析方法的準(zhǔn)確性與普適性。
　?。?）采用熱-力順序耦合的分析方式，計(jì)算組合柱恒載載升溫條件下的力學(xué)響應(yīng)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證了結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了獲得較為理想的有限元模擬結(jié)果，本文針對影響模型的主要因素做了大量的敏感性分析。結(jié)果顯示：庫倫摩擦力模型能夠較為準(zhǔn)確的模擬鋼管與混凝土之間的接觸，且摩擦系數(shù)對結(jié)果影響不大；初彎曲對力學(xué)性能的影響主要表現(xiàn)在軸向位移的

3、下降段，且初彎曲越大，構(gòu)件軸向位移下降越快，耐火時(shí)間越短；使用有限元分析計(jì)算時(shí)，采用合理的偽動(dòng)力能量可以有效避免構(gòu)件出現(xiàn)急劇變化的情況；使用日本規(guī)范所推薦的鋼材熱膨脹系數(shù)，避免了軸向位移-時(shí)間曲線在下降段出現(xiàn)小平臺現(xiàn)象，與實(shí)際情況較為接近。
　?。?）本文建立了26個(gè)三維實(shí)體精確有限元模型。對高溫下大長細(xì)比組合柱工作機(jī)理進(jìn)行了參數(shù)化對比分析：常溫下不同長細(xì)比柱極限承載力及延性，規(guī)范及有限元計(jì)算耐火時(shí)間，鋼管徑厚比，全部與半面受火分

4、析，荷載比影響分析，組合柱軸向約束剛度。結(jié)果顯示：常溫下，隨著正則化長細(xì)比的減小，CFT常溫下的延性逐漸增強(qiáng)；對于三種邊界條件F-F，P-F和P-P，隨著邊界約束的減弱，其延性逐漸下降；對于具有相同邊界條件的組合柱，鋼管較厚的模型具有更好的延性；對于半邊受火和全部受火來說，鋼管厚度增加能夠提高組合柱的耐火時(shí)間，且半邊受火時(shí)提高更為明顯；對于不同荷載比來說，鋼管厚度增加同樣能夠提高組合柱的耐火時(shí)間，且隨著荷載比的增大，提高程度越不明顯；隨

5、著邊界約束的增強(qiáng)，半邊受火和全部受火模型耐火時(shí)間均呈現(xiàn)增大趨勢；對于相同的邊界條件，半面受火耐火時(shí)間均長于全面受火耐火時(shí)間；對于不同邊界條件構(gòu)件，隨著荷載比的增大，構(gòu)件的耐火時(shí)間均在降低，但降低程度不同；當(dāng)軸向約束剛度比αk=0.1,0.05,0.03和0.005時(shí)，CFT破壞時(shí)鋼管溫度均在500℃左右；當(dāng)αk=0即無軸向約束時(shí)，組合柱破壞時(shí)鋼管的溫度接近600℃。對于軸向位移來說，隨著軸向約束剛度的減小，構(gòu)件軸向膨脹量隨之增大，屈曲后