钢筋混凝土异形柱的抗火性能研究-结构工程专业论文.docxVIP

摘 摘 要 钢筋砼异形柱具有室内不显现柱棱且可增加室内有效使用面积等优点，近年来在工 程中的应用日渐广泛。异形柱的常温性能(如承载力和抗震性能等)已有较多的研究，但 有关其抗火性能方面的研究工作则几乎还是一片空白。 与方形柱相比，异形柱由于受火表面积较大、墙肢较薄等原因导致其耐火性能较差。 为了提高异形柱的火灾安全性，本文从试验、数值模拟、实用计算方法、截面力学特性 和约束影响五个方面较系统地研究了钢筋砼异形(包括L形、T形和十字形)柱的高温性 能。本文的主要工作和结论如下： 1．进行了1l根足尺钢筋砼异形柱和l根足尺钢筋砼方形柱在IS0834标准升温过 程下的明火试验，分析了轴压比和受火方式对高温下不同截面形状钢筋砼柱的破坏形 态、轴向变形，以及耐火极限等的影响。试验结果表明：(1)轴压比和受火方式对异形 柱的耐火极限影响较大。(2)轴压比为O．55时，异形柱耐火极限仅为方形柱耐火极限的 60-73％。O)本次试验中十字形柱的耐火性能比T形柱好，T形柱比L形柱好；但当轴 压比较大(例如O．55)时，T形柱的耐火性能有可能好于十字形柱。 2．利用通用软件ANSYS对高温下钢筋砼柱的温度场和结构反应进行了三维非线性 有限元分析，算例表明：(1)ANSYS对钢筋砼柱的耐火极限预测较准，对变形的预测却 还需迸一步改进。(2)采用实体元模拟钢筋砼柱的高温性能，计算时间过长，编制高温 下混凝土结构合适的专用分析程序是必要的。 3．利用Visual C++编制了钢筋砼异形柱火灾全过程分析程序RCSSCF。程序包含有 三种数值方法：(1)基于变形假定的数值分析方法。(2)基于虚梁法的数值分析方法， 该方法不用假设构件的侧向挠曲变形，因此在理论上比基于变形假定的数值分析方法完 善。(3)基于三维热分析实体元和三维梁单元的数值分析方法，该方法能够考虑火灾试 验中柱子只在中部受火的情况。程序建议了混凝土卸载段的映射温度流动途径，以及高 温下每一增量步内混凝土和钢筋应力．应力应变点位置的确定方法，同时考虑了轴力的 二阶效应。程序的有效性得到了试验结果的验证。 4．利用高温下钢筋砼柱基于虚梁法的数值分析方法，分析了荷载比、计算长度、截 面尺寸、荷载偏心率、配筋率、荷载角，纵筋屈服强度、纵筋极限强度、混凝土强度和 混凝土保护层厚度等参数对IS0834标准升温过程下钢筋砼等肢异形柱耐火极限的影响 规律。针对不同荷载比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角共5400 规律。针对不同荷载比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角共5400 种工况分别进行了四周受火时等肢L形柱和等肢T形柱的高温反应分析。针对不同荷载 比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率和配筋率共1080种工况进行了四周受火时等肢 十字形柱的高温反应分析。在此基础上，定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法。 研究结果表明：荷载角对L形柱和T形柱耐火极限影响较大且影响规律较为复杂，对十 字形柱耐火极限影响较小。 5．考察了高温下异形柱截面的温度场、广义中性轴位置、极限承载力、极强中心、 Ⅳ．M包络图和杯吖包络图等的特点，进一步揭示了异形柱的高温受力特性。研究表明： (1)常温下处于轴压状态的T形柱和L形柱，高温下会成为偏压柱。(2)方形柱截面的 极强承载力与异形柱截面极强承载力之间的差值总体上随受火时间的增加而逐渐增大， 180分钟时前者比后者平均大20％左右。 6．建立了高温下约束钢筋砼异形柱的数值分析模型，分析了轴向约束和转动约束对 柱耐火性能的影响。研究表明：(1)在升温过程中，轴向约束会产生较大的附加轴力。 当轴向约束刚度较大时，附加轴力最大达到了常温时轴力的65％左右。(2)无转动约束 时，柱耐火极限随荷载偏心率的增大而减小；但有转动约束时，荷载偏心率对柱耐火极 限的影响较小。(3)转动约束可使异形柱耐火极限显著提高。 关键词：钢筋混凝土；异形柱；抗火 Ⅱ ABSTRACTComparing ABSTRACT Comparing with the column with rectangul村ClX)SS section,the column with special-shaped cross Section excels in no prominence raising out of the wail and enlarging useful indoor area．In recent years,reinforced concrete CRc)∞ltl嗽wi氇special—shaped cross section is applied more and more widely in the construction industry．The beha