多层方钢管混凝土柱—钢混凝土组合梁框架抗火性能研究

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摘要:本文对局部火灾下三层三跨方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架的抗火性能及常温下复式圆钢管混凝土短柱的受压力学性能进行三维壳-实体精细有限元分析,分析中,钢梁、钢管采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元,钢筋采用桁架单元,分析中考虑高温下方钢管与混凝土的约束作用以及钢-混凝土组合梁的黏结-滑移性能,主要工作如下:(1)采用ABAQUS有限元软件,取合理的高温下材料热工系数和热力耦合本构关系,对恒高温下的方钢管混凝土柱力学性能及钢管与混凝土之间的相互作用进行了分析;并对不同受火工况下的方钢管混凝土柱与单层单跨框架的温度场和抗火性能的试验结果进行有限元分析与验证。(2)设计一榀等跨三层三跨框架和一榀不等跨三层三跨方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架模型,采用合理的有限元建模方法,对局部火灾下的两榀组合框架进行温度场和抗火性能分析;通过改变柱端荷载水平和柱保护层厚度,获得框架结构两种不同的破坏模式,通过对两榀框架两种破坏模式下的内力和变形分析,讨论不同跨度对平面框架抗火性能的影响。(3)采取与三层三跨框架相同的受火边界条件,对两端固支方钢管混凝土柱、两端固支组合梁的抗火性能进行有限元分析,并与框架梁、框架柱进行对比分析,讨论框架中构件抗火性能与单个构件抗火性能的区别。(4)采用有限元法对复式圆钢管混凝土轴压短柱进行有限元分析与实验验证,分析复式圆钢管混凝土轴压短柱的内、外钢管纵向应力与横向应力,内、外核心混凝土的纵向应力的变化,分析内外钢管直径比、内外钢管含钢率比、混凝土抗压强度等因素对复式圆钢管混凝土轴压短柱承载力的影响,在此基础上,提出相应的承载力实用计算公式。
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