考虑栓钉剪切滑移的钢—混凝土组合梁抗火性能研究

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钢-混凝土组合梁由于其兼有钢结构和混凝土结构的优点,又避免了钢结构和混凝土结构的缺点,在土木工程界得到越来越广泛的推广和应用。钢-混凝土组合梁是指通过剪力连接件将钢梁与混凝土翼板连接起来,以抵抗二者在交界面处的掀起及相对滑移组成为一个整体的结构型式。栓钉是一种常用的柔性剪力连接件,关于栓钉常温的抗剪承载力、滑移性能,很多学者进行了研究,多国规范也有详细的条文规定;但在高温下,栓钉的抗剪承载力仅仅在欧洲规范里有相关规定,而栓钉在高温下的滑移性能尚没有规范给出了详细的条文说明。组合梁钢梁与混凝土板之间的相对滑移与栓钉的性能息息相关,而滑移又决定了组合梁的各种性能。理论上,对完全剪力连接组合梁来说,钢梁与混凝土板间的相对滑移可以忽略不计,而对于部分剪力连接组合梁,则必须考虑滑移对组合梁性能的影响。实际工程中,满足结构要求的前提下,设计成部分剪力连接组合梁可以取得良好的经济效益。目前还没有相关的规范对火灾高温下考虑栓钉剪切滑移组合梁的抗火性能进行规定。本文通过完全剪力连接组合梁部分剪力连接组合梁在高温下的抗火性能试验,和高温下组合梁性能的理论计算,将理论计算结果与试验结果进行对比,并进行参数分析,分析不同剪力连接程度和不同温度下组合梁的抗火承载力,主要内容和结论如下:①理论分析:介绍国内外规范和学者在常温和高温下关于栓钉抗剪承载力、剪切滑移性能的研究,以及各国规范关于组合梁的抗火承载力设计方法,并进行对比分析。②热传递分析:对高温下组合梁进行热传递分析,进行构件的升温计算,得到高温下组合梁各部分的温度,了解温度分布的特点。③钢板、钢筋和混凝土材性试验:对试验组合梁所用的钢板、钢筋和混凝土进行材性试验,测量钢板和钢筋的屈服强度、极限抗拉强度、伸长率,混凝土的抗压强度和弹性模量。④组合梁的抗火性能试验:设计了2根钢-混凝土组合梁,一根完全剪力连接,一根部分剪力连接,剪力连接程度为0.5,在ISO834标准升温条件下进行抗火性能试验,并进行对比。⑤理论推导:通过常温下组合梁的承载力、滑移理论推导组合梁在高温下的理论,通过计算机软件编程,计算组合梁抗火承载力、挠度和滑移,并与试验进行对比,吻合较好。上述研究结果表明,栓钉在高温下抗剪承载力和滑移性能与常温下有较大差异,高温下栓钉抗剪承载力和抗滑移能力随温度升高退化变快;剪力连接程度对组合梁的抗火性能影响较大,部分剪力连接组合梁与完全剪力连接组合梁相比,显著降低组合梁在高温下的承载能力、延性,增大了变形、滑移和掀起位移;理论推导得到的组合梁性能与试验数据吻合良好,可以作为考虑栓钉剪切滑移组合梁抗火设计的参考。
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