耐火鋼組合梁與鋼管混凝土柱相關(guān)問題研究.pdf

1、20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)組合梁的抗火性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和理論研究，但鋼材多為普通鋼，也有學(xué)者對(duì)耐火鋼構(gòu)件和耐火鋼-鋼管混凝土柱的抗火性能進(jìn)行了分析，而未曾有對(duì)耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能的研究。本文對(duì)耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能進(jìn)行研究分析，完成的主要工作和取得成果包括:
　　在ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下，對(duì)2個(gè)耐火鋼-混凝土組合梁和1個(gè)普通鋼-混凝土組合梁進(jìn)行抗火試驗(yàn)。研究耐火鋼-混凝土組合梁在火災(zāi)下的承載特征

2、和防火涂料厚度對(duì)其抗火性能的影響，對(duì)比同等條件下采用相同強(qiáng)度等級(jí)普通鋼的組合梁的抗火性能，考察耐火鋼替換普通鋼對(duì)鋼-混凝土組合梁抗火性能的提高和改善程度。試驗(yàn)結(jié)果表明，可以取跨中撓度達(dá)到梁跨的1/30作為簡(jiǎn)支耐火鋼-混凝土組合梁達(dá)到耐火極限狀態(tài)的界限。一定的火災(zāi)和荷載等條件下，采用相同強(qiáng)度等級(jí)耐火鋼的鋼-混凝土組合梁比普通鋼組合梁具有更好的抗火性能，可減小建筑物的防火涂層厚度。
　　運(yùn)用基于有限元軟件ABAQUS建立的分析模型分別

3、對(duì)采用防火涂料和防火板保護(hù)的耐火鋼-混凝土組合梁標(biāo)準(zhǔn)升溫下的抗火性能進(jìn)行模擬，分析荷載比，防火保護(hù)層，材料強(qiáng)度，截面尺寸，混凝土樓板中縱向鋼筋等因素對(duì)耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能的影響。結(jié)果表明:荷載比和防火保護(hù)層厚度是影響耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能最重要的兩個(gè)因素。當(dāng)荷載比為0.5～0.7時(shí)，使用耐火鋼替換普通鋼后組合梁的耐火極限提高35％～40％，可以減小防火涂料厚度30％左右。采用我國規(guī)范(CECS200:2006)中的方法計(jì)算

4、耐火鋼-混凝土組合梁的耐火極限，荷載比較小時(shí)偏保守。
　　基于舞鋼耐火鋼Q345-FR鋼板高溫力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，采用有限元方法對(duì)耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能進(jìn)行高溫穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析，得到標(biāo)準(zhǔn)升溫下耐火鋼-混凝土組合梁截面抗彎極限承載力-時(shí)間曲線和一定荷載比下組合梁的耐火極限。考察混凝土板尺寸、鋼梁截面尺寸、涂料厚度、荷載比等參數(shù)對(duì)高溫下組合梁承載力和耐火極限的影響。提出耐火鋼-混凝土組合梁高溫下承載力和耐火極限計(jì)算公式，公式計(jì)

5、算結(jié)果與有限元結(jié)果非常吻合。將有限元計(jì)算結(jié)果與規(guī)程CECS200:2006方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明規(guī)程方法偏于保守，受火時(shí)間越長，保守程度越大。本文發(fā)現(xiàn)，將腹板和下翼緣的溫度分開計(jì)算更為合理，并依此提出了建議。
　　分析單側(cè)受火的耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能和承載力，對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行參數(shù)分析，結(jié)果表明各因素對(duì)單側(cè)受火的耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能的影響和三面受火時(shí)類似。和三面受火的耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能進(jìn)行

6、比較，一定條件下，單側(cè)受火時(shí)組合梁的耐火極限比三面受火時(shí)提高1倍以上。
　　耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能是本文的最主要的研究內(nèi)容，本文還對(duì)矩形鋼管混凝土構(gòu)件的性能進(jìn)行了一些基礎(chǔ)試驗(yàn)，并研究了寬厚比對(duì)鋼管混凝土軸壓短柱承載力退化的影響。具體內(nèi)容包括:
　　對(duì)四組鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn):混凝土與冷彎鋼管的粘結(jié)力的推出試驗(yàn);冷彎鋼管混凝土柱寬厚比試驗(yàn);鋼管混凝土梁受彎試驗(yàn);鋼管混凝土長柱軸壓承載力試驗(yàn)。研究冷彎矩形鋼管與混凝土之

7、間的粘結(jié)力，共同工作性能，矩形鋼管混凝土短柱的承載力和延性以及矩形鋼管混凝土長柱的軸壓承載力和穩(wěn)定性。
　　在鋼管混凝土短柱軸壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析寬厚比對(duì)鋼管混凝土軸壓短柱屈曲后剩余承載力的影響。運(yùn)用ABAQUS有限元軟件計(jì)算不同寬厚比的矩形鋼管混凝土軸壓短柱屈曲后的剩余承載力。結(jié)果表明，寬厚比對(duì)鋼管混凝土軸壓短柱屈曲后的剩余承載力有較大影響，寬厚比為60ε時(shí)，矩形鋼管混凝土短柱剩余承載力可能下降到極限承載力的0.65。因此本文建