型钢混凝土约束柱耐火性能研究

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1、博士学位论文型钢混凝土约束柱耐火性能研究FirePerformanceofRestrainedSteelReinforcedConcreteColumns研究生：郑蝉蝉导师：李引擎研究员学科门类：工学专业：防灾减灾工程及防护工程中国建筑科学研究院二〇一五年六月原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研巧工作Ｉ所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得中国建筑科学研究院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本论文的研究

2、做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名指导教师签名：Ｉ年月之２＾日苗月之立日＾＞／／年７＾版权使用授权书本人完全了解中国建筑科学研巧院研巧生院关于收集、保存和使用学位论文的规目定：，Ｐ院方有权保存送交学位论文的复巧件，允许论文被查阅和借阅；院方可Ｗ公布论文的全部或部分内容，可Ｗ采用影印、缩印或妇描等复制手段保存学位论文，并提供目录检索与院内阅览服务。学

3、位论文作者签名指导教师签名年７月｝＞０年月曰＾摘要建筑结构在使用期内要保证遭遇火灾时结构的安全性，目前型钢混凝土结构已经得到广泛应用，型钢混凝土框架柱是决定火灾下结构是否坍塌的关键因素，因此对这类构件进行抗火研究具有重要意义。以往学者对型钢混凝土框架柱耐火性能的研究主要是针对单根简支构件，而在实际型钢混凝土框架结构中，型钢混凝土框架柱由于受到周围梁柱构件的约束作用，框架柱的实际受力状态为两端受约束柱。根据约束性质不同，柱端约束可分为轴向约束和转动约束。因此深入研究这类构件的耐火性能及抗火计算方法对保证建筑结构的火灾安全具有重

4、要意义。本文主要研究内容和取得的成果如下：1.开展了7根型钢混凝土端部约束柱的明火试验，考察了在火灾作用下不同荷载比、偏心率和含钢率对端部约束型钢混凝土柱变形及破坏的影响趋势。试验表明：在火灾下，由于轴向约束的作用，柱顶竖向位移呈现出先缓慢膨胀变形然后逐渐压缩变形的趋势；当荷载比较小（小于或等于0.5）且相同时，偏心率越大，柱的耐火极限会相应增大；含钢率的增大会在一定程度上延长柱的耐火极限。2.利用ABAQUS，建立了热力耦合作用下型钢混凝土约束柱的有限元模型，该模型得到了试验结果的验证。基于建立的ABAQUS模型，对型钢混凝土约束柱温度场

5、的分布特点及其力学性能进行深入研究。利用Python语言编制了后处理程序，详细考察了轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸、含钢率、截面配筋率、钢材屈服强度、钢筋屈服强度、混凝土抗压强度和混凝土保护层厚度对型钢混凝土约束柱受力、变形及破坏的影响规律。3.对影响型钢混凝土约束柱耐火极限的各种参数进行详细分析计算，结果表明轴向约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸和混凝土强度是影响约束柱耐火极限的主要因素。在此基础上通过大量计算给出了型钢混凝土约束柱耐火极限的实用抗火计算方法。4.对于等偏压的无侧移型钢混凝土简支柱而言，转动约束

6、的存在使柱产生反弯点，明显降低柱的计算长度系数；当无转动约束时柱长度范围内无反弯点，其计算长度系数等于1。轴向约束的存在会分担柱顶的竖向荷载，显著减小柱跨中的弯矩，提高柱的耐火极限。转动约束和轴向约束对型钢混凝土柱的受力和变形影响不可叠加。5.开展了ISO834标准升温曲线下轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸、含钢率、配筋率、钢材屈服强度、钢筋屈服强度、混凝土抗压强度和混凝土保护层厚度对型钢混凝土约束柱计算长度系数和柱半高处弯矩增大系数影响规律的研究，通过研究以上多种因素对柱计算长度系数的影响规律发现，在耐火极I限状态

7、时，型钢混凝土柱的计算长度系数一直处于0.465-0.506之间变化；在高温作用下偏心率、轴向约束刚度比和截面尺寸对柱弯矩增大系数的影响较大，并建议给出在上述主要影响参数作用下型钢混凝土约束柱弯矩增大系数的实用抗火计算方法。关键词：型钢混凝土柱；约束构件；耐火性能；试验研究；数值模拟IIABSTRACTBuildingstructureinuseistoensuresecurityduringtheeventoffire.Thecurrentsteelreinforcedconcretestructureshavebeenwidelyuse

8、d,andthecolumnsofsteelreinforcedconcreteframearekeyfactorstodecidewhetherthestructurecoll