波纹钢腹板组合梁抗火性能研究

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波纹钢腹板组合梁能够充分发挥波纹钢和混凝土两种材料的优势,有较大的刚度和较高的承载能力,还具有截面尺寸小、易于在施工时浇筑混凝土、施工速度快等优点。随着科技的发展,人们对建筑的安全性能和使用要求日渐提高。目前,对波纹钢腹板组合梁的研究多集中于常温下组合梁的受力性能方面,然而对其在火灾高温下的抗火性能方面还缺乏必要的认识。因此,为了推进波纹钢腹板组合梁的工程应用,有必要对其进行抗火性能进行深入研究。本文开展了波纹钢腹板组合梁抗火性能和耐火保护方法研究,其主要研究工作如下:(1)总结并分析了高温环境下钢材、混凝土的材料热工参数以及应力应变关系,并选择适合本文模型的材料热工参数以及热力学本构模型。(2)采用ABAQUS有限元模拟软件建立了波纹钢腹板组合梁的有限元分析模型,在充分考虑了混凝土内含水量等因素的影响下,对比分析了不同梁宽、梁高、波纹钢板厚度和受火形式下,波纹钢腹板组合梁温度场的分布情况,并利用现有的试验资料,对该模型进行了合理性与有效性的验证。(3)建立ISO-834标准升温曲线下的波纹钢腹板组合梁热-力耦合模型,分析各参数对高温下波纹钢腹板组合梁耐火极限的影响规律,得出了影响波纹钢腹板组合梁耐火性能的主要因素有:荷载比、组合梁截面尺寸、钢筋配筋率以及受火面数。混凝土强度、钢材屈服强度、波纹钢板厚度对影响波纹钢腹板组合梁抗火性能影响较小。(4)基于参数分析结果,建立了波纹钢腹板组合梁耐火极限简化计算公式,并与有限元计算结果进行了对比,简化公示反映了主要影响参数对组合梁耐火极限的影响。(5)考虑到工程应用中周围结构对组合梁的约束作用,建立了波纹钢腹板组合梁悬链线效应的模型,分析了梁的破坏机理以及不同参数对波纹钢腹板组合梁悬链线效应的影响。研究表明:荷载比、轴向约束刚度比和跨高比是影响波纹钢腹板组合梁悬链线效应的重要因素;波纹钢腹板厚度对悬链线效应的影响很小。(6)基于波纹钢腹板组合梁的耐火极限分析,研究了波纹钢腹板组合梁耐火保护设计,提出了两种在工程应用中提高该组合梁耐火极限的实用方法:配置底部钢筋法和厚涂防火涂料法,并对各方法对耐火极限的增大系数进行分析。
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