【摘 要】
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当前,钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板被越来越多地应用于各类建筑的承重构件,当火灾发生时,其耐火性能关系到建筑物整体的安全。结构设计中,耐火性能是必须要重点考虑的一个难点,然而,现阶段耐火设计仍处在发展阶段,国内外相关规范和研究尚不全面。因此,深入研究钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板的耐火性能,是一个十分具有理论和现实意义的课题。本文以实际工程的构件设计参数为依据,基于国内外规范和学者的研究确定了材料热工
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当前,钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板被越来越多地应用于各类建筑的承重构件,当火灾发生时,其耐火性能关系到建筑物整体的安全。结构设计中,耐火性能是必须要重点考虑的一个难点,然而,现阶段耐火设计仍处在发展阶段,国内外相关规范和研究尚不全面。因此,深入研究钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板的耐火性能,是一个十分具有理论和现实意义的课题。本文以实际工程的构件设计参数为依据,基于国内外规范和学者的研究确定了材料热工性能参数和力学性能参数。利用ABAQUS有限元分析软件,建立了钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板计算模型,并通过与材料力学计算公式进行对比,验证了模型的正确性。在标准升温曲线下对钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板分别进行温度场计算,确定了构件温度场。通过热力耦合的有限元分析轴压作用时,不同轴力荷载比作用下钢管混凝土柱耐火3小时的耐火性能,拟合轴力荷载比-轴向位移散点图,得到轴压作用下钢管混凝土柱最大轴力荷载比承载极限为0.41;通过计算不同轴力荷载比作用下钢管混凝土柱耐火极限,拟合轴力荷载比-耐火极限散点图,建立了轴压作用下钢管混凝土柱轴力荷载比和耐火极限的曲线和计算公式,提出了火灾作用下利用轴力荷载比判断钢管混凝土柱耐火性能和耐火极限的方法。通过热力耦合的有限元分析压、弯、剪共同作用下钢管混凝土柱的水平位移和轴向位移,揭示了水平位移和轴向位移随剪力和弯矩的变化趋势及剪力和弯矩对柱耐火性能的影响,建立了剪力荷载比-水平位移拟合曲线。通过与轴压作用时柱的耐火性能相对比,验证了轴压状态下柱耐火性能和耐火极限判定方法在复杂受力状态下的适用性。通过热力耦合的有限元分析不同跨度、不同保护层厚度、有无钢筋桁架下钢筋桁架楼承板的耐火性能,揭示了跨中竖向位移随不同参数的变化趋势,确定了不同参数对钢筋桁架楼承板耐火性能的影响,为实际工程中楼承板参数的确定提供了建议和参考。对于钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板的热力耦合有限元分析,本文有以下创新之处:(1)结合学者对压弯、剪压作用下钢管混凝土柱耐火性能的研究,本文通过建立钢管混凝土柱压、弯、剪共同作用下的耐火性能计算模型,分析了剪力和弯矩共同作用对柱耐火性能的影响。(2)揭示了钢管混凝土柱耐火性能和耐火极限随荷载比的变化规律。提出了利用轴力荷载比判断钢管混凝土柱轴压和压、弯、剪共同作用下耐火性能和耐火极限的方法。(3)对钢筋桁架楼承板缺乏火灾作用下相关研究成果的问题,本文对影响钢筋桁架楼承板耐火性能的参数进行了初步研究,分析了不同参数对板耐火性能的影响,为楼承板相关耐火性能的深入研究提供了参考。本文研究成果可为钢管混凝土柱和钢筋桁架楼承板耐火性能分析提供基础数据支撑及参考。
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