受约束整体式叠合板组合梁抗火试验研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 整体式叠合板组合梁是由整体式叠合楼板和钢梁通过栓钉连接形成整体受 力的结构形式，其叠合楼板中的预制底板在工厂中制作，钢结构又是天然的装配 式结构，因此整体式叠合板组合梁属于装配式结构的一种，符合国家对于推广装 配式建筑的导向；加之组合梁具有良好的力学性能和经济优势，因此整体式叠合 板组合梁在建筑结构中得到大力推广使用。整体式叠合板组合梁作为重要的横向 承重构件，其抗火性能直接影响到整个结构的安全性。发生火灾时，周边构件对 组合梁的约束情况直接影响组合梁的破坏形式，因此有必要对受约束整体式叠合 板组合梁进行抗火性能研究。 根据国内外学者对钢-混凝土组合梁抗火性能的研究结果可以发现，目前尚 未有对受约束整体式叠合板组合梁的研究。因此本文考虑了叠合板后浇层厚度， 栓钉间距和梁端约束三个不同的因素，对 5 个受约束整体式叠合板组合梁进行了 抗火试验与有限元分析，作为对比设计的 1 个同尺寸的现浇混凝土楼板组合梁进 行抗火性能试验，通过试验研究和有限元分析得到以下主要结论： （1）叠合板沿板厚方向出现温度梯度，板底温度最高。叠合板 40mm 以下 区域受火影响最为明显，可以以此作为加大混凝土保护层厚度的一个依据。叠合 板与现浇混凝土楼板的温度分布基本一致，预制底板与后浇层叠合面的存在对温 度分布基本无影响。 （2 ）整体式叠合板组合梁与现浇混凝土楼板组合梁在热-力耦合作用下均发 生了竖向挠曲，两者的变化规律基本一致。叠合板板顶裂缝沿中轴线从两端向跨 中延伸，由宽变窄。叠合板中预制底板与后浇层的叠合面没有开裂，仍然结合在 一起，协同工作；板底没有出现裂缝，但出现了局部混凝土爆裂，爆裂位置集中 在预制底板底部。现浇混凝土楼板在板顶也出现了沿中轴线方向的裂缝，但较短， 板底没有出现裂缝，也没有出现混凝土爆裂。 （3 ）叠合板后浇层厚度对整体式叠合板组合梁的抗火性能影响很小；栓钉 间距 150mm 和 200mm 均为完全抗剪设计，栓钉间距的不同对整体式叠合板组 合梁的抗火性能影响甚微。不同的约束形式对整体式叠合板组合梁的抗火性能都 会产生影响，但刚接约束下，组合梁更容易出现平面外失稳。 （4 ）整体式叠合板组合梁与现浇混凝土楼板组合梁的宏观破坏特征相似， I 山东建筑大学硕士学位论文 说明整体式叠合板组合梁并未因大量新旧结合界面的存在而出现抗火性能明显 降低的现象。 （5 ）利用有限元软件 ABAQUS 建立了受约束的整体式叠合板组合梁的有 限元模型，通过对温度场和热-力耦合的有限元分析发现，分析值与试验值符合 较好，验证了有限元模型的正确性，利用该模型可以对整体式叠合板组合梁进行 更深入的研究。 关键词：整体式叠合板组合梁，抗火性能，铰接约束，刚接约束，有限元分 析 II 山东建筑大学硕士学位论文 Experimental Study on Fire Resistance of Restrained Monolithic Laminated-slab Composite Beams Cai Yongyuan （Structural Engineering） Directed by Lyu Junli ABSTRACT The monolithic laminated-slab composite beam is a structural form of overall stress that is composed of monolithic laminated slabs, steel beams and studs. The pre-fabricated slab