火灾后钢纤维增强轻骨料钢管混凝土柱轴压性能研究

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采用轻骨料钢管混凝土能有效降低了高层及大跨度建筑的自重。在同等承载力条件下,该组合柱相对钢柱可节约钢材50%左右,相对钢筋混凝土柱,不仅不需要模板,且可节约混凝土用量50%以上、减轻结构自重50%以上,经济效益明显。而在轻骨料混凝土掺入一定量的钢纤维,可有效抑制核心混凝土微裂缝的发展,改善轻骨料钢管混凝土的力学性能。
  本文以页岩陶粒做为核心混凝土的主要原料。试验设置了三个温度变量、三个含钢率、四个钢纤维掺量,对24根火灾后和12根常温下的钢纤维轻骨料铜管混凝土短柱进行了轴压试验研究。本文以常温下钢纤维轻骨料钢管混凝土柱作对比,分析了在700℃受火90min和900℃受火90min两个不同工况后,不同钢纤维掺量、不同含钢率对火灾后极限承载力的影响规律。通过相应的试验,对钢纤维轻骨料钢管混凝土柱火灾前后的实验现象、破坏形态进行了观测与分析。基于不同钢纤维掺量和含钢率所对应的荷载位移曲线与荷载应变曲线,对构件常温下的极限承载力及受火构件火灾后的剩余承载力进行了分析比较。
  试验结果表明,火灾后钢纤维轻骨料钢管混凝土短柱轴压破坏形态与常温下的情况基本一致,主要表现为剪切破坏和中间鼓出破坏。钢纤维的掺入提高了常温下及火灾后构件的承载能力,在0、0.5%、1%及1.5%四个钢纤维掺量中,0.5%为最优掺量。当钢纤维掺量大于0.5%时,随着钢纤维掺量的增加,构件极限承载力出现小幅度下降。随着钢纤维轻骨料钢管混凝土构件含钢率的增加,钢纤维的增强效果逐渐减弱。在构件火灾试验中,核心混凝土的温度响应滞后于钢管,且模拟计算与试验结果基本吻合。本文根据试验结果,在普通钢管混凝土设计规程的基础上,提出了考虑含钢率影响的钢纤维轻骨料钢管混凝土短柱承载力修正系数,经修正后的公式可用于常温下钢纤维轻骨料钢管混凝土承载力计算,计算结果与实测数据吻合良好。
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