钢-混凝土组合柱抗火设计

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1、钢-混凝土组合柱--抗火性能和设计方法导师：王文达教授学生：韩祎学号：1220814020251.型钢混凝土柱1.1设计原理1.2耐火极限实用设计方法2.钢管混凝土柱2.1概述2.2设计原理2.3耐火极限实用计算方法2.4防火保护层厚度计算2.5火灾后剩余承载力计算2.6钢管混凝土柱防火构造措施2.7钢管混凝土柱温度场的计算3.中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能4.FRP约束钢管混凝土柱的耐火性能2021/8/18兰州理工大学22021/8/18兰州理工大学31.型钢混凝土柱1.1设计原理1.1.1“火灾有效荷载”确定图示为按国际标准化委员会标准IS

2、O-834规定的标准升温曲线升温作用下型钢混凝土轴心受压构件绕强轴弯曲时耐火极限随荷载的变化规律。根据国家标准GB50009-2001，建筑结构的设计应根据使用过程中可能同时出现的荷载，按承载力极限状态和正常使用极限状态进行荷载效应组合，并取各自的最不利的效应组合进行设计。对给定某一型钢混凝土柱进行耐火极限计算时，由于不知道其承受的永久荷载和可变荷载究竟有多大，所以无法直接计算出2021/8/18兰州理工大学4有效荷载但型钢混凝土的抗力R是已知的，因此可以通过S=R近似确定。。若近似将可变荷载效应控制的组合情况下的平均值为1.3，永久荷载效应控制

3、的均值为1.375，暂取小值1.3，则可近似导得型钢混凝土柱的火灾有效荷载表达式：1.1.2重要影响参数在火灾有效荷载作用下，影响型钢混凝土柱耐火极限的因素包括：截面周长，构件长细比，截面含钢率，截面配筋率，荷载偏心率，钢骨屈服强度，钢筋屈服强度，混凝土强度和截面高宽比等。（1）截面周长2021/8/18兰州理工大学5（2）构件长细比（1）截面周长2021/8/18兰州理工大学6（3）截面含钢率（4）截面配筋率2021/8/18兰州理工大学7（5）荷载偏心率（6）钢骨屈服强度2021/8/18兰州理工大学8（7）钢筋屈服强度（8）混凝土强度202

4、1/8/18兰州理工大学9（9）截面高宽比计算获得的型钢混凝土轴心受压柱按ISO-834标准升温曲线升温、在不同升温时刻温度场作用下的关系曲线和N-M关系曲线。算例条件：2021/8/18兰州理工大学102021/8/18兰州理工大学11为便于分析，定义火灾下型钢混凝土柱承载力的影响系数Kt表达式如下：影响火灾下型钢混凝土柱承载力的可能因素有：截面周长，构件长细比，受火时间，截面含钢率，截面配筋率，荷载偏心率，钢骨屈服强度，钢筋屈服强度，混凝土强度和截面高宽比等。以算例：来分析各参数对火灾作用下型钢混凝土压弯构件承载力影响系数Kt的影响规律。（截

5、面形式为：）2021/8/18兰州理工大学12（1）截面尺寸2021/8/18兰州理工大学13（2）构件长细比2021/8/18兰州理工大学14（3）截面含钢率2021/8/18兰州理工大学15（4）截面配筋率2021/8/18兰州理工大学16（5）荷载偏心率2021/8/18兰州理工大学17（6）钢骨屈服强度2021/8/18兰州理工大学18（7）钢筋屈服强度2021/8/18兰州理工大学19（8）混凝土强度2021/8/18兰州理工大学20（9）截面高宽比2021/8/18兰州理工大学21结论：火灾作用下钢骨屈服强度、钢筋屈服强度、混凝土强度

6、、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率和截面高宽比等参数对型钢混凝土压弯构件承载力影响系数的影响较小；而截面周长、构件长细比和受火时间则是影响火灾下型钢混凝土压弯构件承载力的主要因素。1.1.2耐火极限实用计算方法如前所述，火灾作用对型钢混凝土构件的承载力有较大的影响。在对大量数值计算结果整理分析的基础上，可回归出C，λ和t为参数的标准火灾作用下型钢混凝土柱承载力影响系数Kt的简化计算公式。2021/8/18兰州理工大学22型钢混凝土柱承载力影响系数简化计算结果与数值计算结果的比较，参数：2021/8/18兰州理工大学23根据《型钢混凝土组合结构技

7、术规程》JGJ138-2001或《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97计算出型钢混凝土压弯构件的承载力后，将其乘以系数Kt值，即可获得压弯构件在标准火灾作用下的承载力：简化公式适用于不同受火时间作用下构件承载力的计算。在实际工程设计中，对应构件的设计荷载，利用简化公式，可以得出在某一特定时刻t，构件火灾下的承载力与设计荷载相等时对应的火灾作用下的耐火极限。为使型钢混凝土柱满足耐火极限要求，应限制其火灾荷载比n（即火灾时作用在柱上的荷载与其常温极限承载力的比值），且火灾荷载比限值不应超过火灾下荷载影响系数Kt。由承载力2021/8/18兰州理

8、工大学24影响系数简化公式可得到对应一定火灾荷载比下的耐火极限简化计算公式：2钢管混凝土2.1概述目前工程中最常见的钢管混凝土柱横截面形