钢管混凝土柱—钢梁平面框架抗火性能数值模拟

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随着钢管混凝土组合结构在工程上的广泛应用,其抗火性能也受到越来越多的关注。目前对钢管混凝土组合结构抗火性能的研究大都集中在单独构件上,对整体结构的研究较少,现有研究表明构件的抗火性能与整体结构抗火性能的差别较大,很难反应整体结构的抗火性能。   本文采用数值模拟方法,利用有限元软件ANSYS计算分析了无保护层的3层3跨钢管混凝土柱-钢梁平面框架在局部受火条件下的抗火性能。运用顺序耦合方法对结构进行了热-结构耦合分析,得到了梁柱温度场分布规律、结构的耐火极限及临界温度。同时还对影响结构抗火性能的因素进行了分析。计算结果表明,钢梁在三面受火情况下,腹板温度最高,上翼缘温度最低。由于热传导作用,梁整个截面的温度逐渐趋于一致。单面受火的钢管混凝土柱,其截面温度分布为单轴对称,因柱外围钢管升温速率大于混凝土,从而使柱截面温度场分布呈凹形。竖向位移对结构是否达到抗火极限状态起控制作用。结构受火达到极限状态时,钢梁除产生过大挠度,同时会产生一定的扭转变形,梁端下翼缘会出现局部屈曲,塑性铰首先出现在梁端;柱水平位移较小,可有效降低结构发生整体倒塌的可能性。结构不同受火位置、荷载比以及长细比对结构整体抗火性能影响较大,柱含钢率对整体结构抗火性能无明显影响。
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