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随着新型建筑材料细晶粒钢筋在建筑工程中的推广应用,细晶粒钢筋高性能混凝土结构将成为建筑工程发展的趋势,深入研究其在火灾下的力学性能并进行合理的抗火设计至关重要。近年来,各国学者对普通热轧钢筋以及预应力钢筋的高温力学性能做了大量的试验,并得到了一些公认的结论,但是否适用于细晶粒钢筋,还有待于试验研究。另外,以往部分学者对钢筋混凝土柱的抗火性能进行过分析计算,并提出了各种简化计算方法,但这些方法仅局限在非匀质混凝土截面的等效以及钢筋强度的折减上,其适用性尚需深入研究。
本文主要研究细晶粒钢筋高性能混凝土柱的抗火性能及其计算方法,具体进行了以下几个方面的工作:
(1)汇总了国内外学者在钢筋混凝土柱抗火性能研究领域的主要成果,并总结了混凝土柱抗火性能的各种影响因素。
(2)概述了普通钢筋以及混凝土的高温材性。并通过对500MPa细晶粒钢筋高温力学性能的试验研究,建立了细晶粒钢筋各力学性能指标随温度变化的表达式以及高温下应力—应变关系。
(3)借助有限元分析软件ANSYS对火灾下钢筋混凝土柱截面温度场进行分析,考察了边界条件、水汽以及骨料类型对高温下柱截面温度场的影响。
(4)借助有限元分析软件ANSYS模拟了加拿大国家研究院于1999~2001年间进行的高强混凝土柱的抗火试验,在得到合适的分析参数的基础上,考察了火灾下细晶粒钢筋高性能混凝土柱的受力性能,包括柱的破坏形态、截面内力以及高温变形等变化规律,并进行了变参数分析。
(5)在统计了大量试验数据以及理论分析的基础上,对现有的常温承载力计算公式进行了修正,建立了混凝土柱高温轴心抗压承载力的简化计算公式,并与已有试验结果进行对比。
通过上述工作,本文提出了便于指导工程抗火设计的要点,以及在本文研究范围内具有一定工程精度的简化计算方法,为细晶粒钢筋高性能混凝土柱的工程应用奠定了基础。