浅论钢管混凝土框架柱抗火性能的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文钢管混凝土框架柱抗火性能的研究姓名：李易申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：王靖涛;查晓雄20060428摘要随着钢管混凝土结构在工程中的广泛应用、性能化结构防火设计方法的发展，钢管混凝土框架结构整体抗火性能的研究显得越来越重要。在过去的二十年中，钢管混凝土单个构件在火灾中或火灾后的承载力进行了许多重要的研究，提出了一些可以应用于实际工程的简化计算公式。然而，对于承受各种荷载（包括火荷载）下的整体结构体系的性能研究很少。本文首先使用非线性有限单元分析软件ABAQUS对钢管混凝土柱在ISO－834标准火灾中的性能进行模拟，并将有限

2、元分析结果与已有试验结果进行了对比，对结果的可靠性进行了验证。然后用有限元计算了单个钢管混凝土柱构件在不同的弯矩和轴力作用下的耐火极限，分析了轴力和弯矩对钢管混凝土柱构件抗火性能的影响，利用计算结果拟合出耐火时间随外加弯矩和轴力变化的公式。在此基础上，本文还分析了钢管混凝土框架耐火性能和单个构件耐火性能的差异，并初步分析了造成这些差异的原因。最后，本文进一步分析了钢管混凝土柱构件标准耐火试验和实际框架结构的差异，说明了以标准耐火试验为基础的防火设计规范的局限性。本文结论如下：由于框架中钢管混凝土柱与其它构件的相互作用，钢管混凝土框架柱的抗火性能和钢管混凝土单

3、个构件的防火性能有很大差异，基于构件标准耐火试验的防火设计规范由于没有考虑这种整体作用，在实际应用中是不准确的。关键词：钢管混凝土结构框架结构抗火性能有限元法IAbstractWiththewideapplicationofconcrete-filledsteeltubes(CFST)inbuildingstructuresanddevelopmentofperformancebasedfiredesignmethod,itbecomesincreasinglyimportantforengineerstohaveabetterunderstandingof

4、thebehaviorofintegralCFSTframedstructuresinfire.Thiswilleventuallyleadtoaneconomicalandscientificfire-proofdesignofthestructures.SignificantresearchworkhasbeendoneonthebearingcapacityofCFSTmembersinorafterfire,andsomesimplifiedformulaethatcanbeusedinpracticehavebeensuggested.Howeve

5、r,forintegralstructuresystems,thestructuralbehaviorinfireisusuallyfarmorecomplexthanthatcanbedescribedbysimpleformulae.Inthispaper,non-linearfiniteelementmethodisfirstusedtosimulatethebehaviorofintegralCFSTtubularframedstructuresinISO-834standardfire.Theframedstructuresareconstruct

6、edwithcircularCFSTcolumnsandsteelbeamswithI-sections.Inordertoverifythereliabilityoffiniteelementmethod,resultsarecomparedwiththeexistingexperimentaldata,anditshowsthattheyareconsistentverywell.ThensingleCFSTcolumnmembersthatareactedonbyavariableaxialforceandavariablepointmomentare

7、calculated.TheinfluencesoftheaxialforcesandpointmomentsonthefireresistanceofCFSTcolumnsareanalyzed.ThenumericalresultsfromfiniteelementanalysisaresummarizedbyadopingthepackageMatlabandthesimplifiedformulasarededuced.Inaddition,thedifferencesonfireresistancebetweensingleCFSTcolumnme

8、mbersandCFSTcolumnsinframe