震损后钢管再生混凝土柱耐火性能研究

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地震是导致现代城市建筑破坏的主要因素之一,地震发生时释放的巨大能量不仅导致建筑物产生大量变形,还极易引起次生火灾,进一步加重建筑物在地震过程中受到的损害。钢管再生混凝土柱可以发挥钢管和再生混凝土的性能优势,使再生混凝土的充分利用得以实现,利于建筑业节能、环保和可持续发展。近年来,关于钢管再生混凝土柱的研究主要集中于研究其轴压、偏压、抗震性能和耐火性能等方面,而对其在震损后的耐火性能研究不足,按我国目前“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计水准,通过概念设计和抗震措施一般可以保证建筑物在经历设防地震和罕遇地震时的安全,但在次生火灾下,建筑构件由于温度升高引起的劣化可能使建筑物处于危险状态甚至倒塌,尤其是对于某些重要的建筑,抵抗次生火灾的能力相对更加重要。基于此种原因,本文对钢管再生混凝土柱在震损后的耐火性能进行了研究。本文首先采用有限元软件ABAQUS分别建立了钢管再生混凝土柱抗震模型、钢管再生混凝土柱耐火模型,再将有限元分析的结果与试验结果对比,在验证有限元模型合理性的基础上,建立了震损后钢管再生混凝土柱耐火模型,并以钢管再生混凝土柱的直径、荷载比、长厚比、材料强度以及地震作用强度为变化参数研究了震损后钢管再生混凝土柱耐火性能的变化规律,并采用耐火极限折减系数进行定量表达。结果表明:(1)震损后钢管再生混凝土柱耐火极限相比于未经历地震作用的完整柱均有不同程度的降低,震损后钢管再生混凝土柱在火灾作用下表现为柱鼓曲进一步加重,且鼓曲范围逐渐向上扩大,柱顶随时间先向上膨胀,达到最大膨胀位移之后逐渐向下,最后由于柱顶产生过大膨胀位移而到达耐火极限,整体破坏形式与未经历过地震作用的柱在火灾作用下的破坏形式基本一致;(2)震损后钢管再生混凝土柱耐火极限折减系数随柱直径的增大而降低,小震和中震时基本呈线性关系,随地震作用的增强,耐火极限折减系数降低的越来越快;(3)在相同强度的地震作用下,在所有对震损后钢管再生混凝土柱耐火极限产生影响的因素中,荷载比的影响最大,此外,随着柱荷载比的增大,震损后钢管再生混凝土柱在火灾作用下柱顶膨胀位移越来越小,当柱荷载比达到0.5以后柱顶不再产生向上位移;(4)震损后钢管再生混凝土柱耐火极限折减系数随柱长厚比的增大而增大,长厚比包含了长细比和含钢率两个因素的影响,是一个综合因素;(5)小震作用下震损后钢管再生混凝土柱耐火极限折减系数基本都在90%以上,中震作用耐火极限折减系数约为15%至25%,大震作用下耐火极限折减系数最小可降低至50%以下,当其他因素不变时,地震作用强度是对震损后钢管再生混凝土柱耐火极限影响最大的因素。(6)钢管和再生混凝土强度等级对震损后钢管再生混凝土柱耐火极限折减系数的影响相对较小,当钢管强度等级超过一定值后,只增大钢管强度等级对提高震损后钢管再生混凝土柱耐火极限折减系数没有明显帮助。
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