论文部分内容阅读
钢管约束钢筋混凝土柱是一种在钢管中填入钢筋混凝土,并且在柱端将钢管断开,使得钢管不直接承担竖向荷载而主要提供环向约束作用的新型组合构件。钢管约束钢筋混凝土柱具有承载能力高、抗震性能好、与钢筋混凝土梁连接节点构造简单等优势,目前已在高层建筑与大跨结构中得到了广泛应用。对于钢管约束钢筋混凝土柱常温下力学性能已有大量研究,而火灾后力学性能研究目前仅限于圆形截面构件和方形截面短柱,对工程中同样常见的方形截面中长柱压弯构件却未有研究报道。因方形截面和圆形截面中钢管对混凝土的约束作用显著不同,且中长柱压弯构件破坏模式常为失稳破坏,与短柱强度控制破坏模式有显著差异。故本文对火灾后方钢管约束钢筋混凝土中长柱压弯力学性能进行研究,具体工作及成果如下:(1)针对4组共计12个方钢管约束钢筋混凝土柱进行了火灾后压弯试验研究,其中有8个试件为受火试件,主要参数为升温时间(45min、90min)、高宽比(3、10)和偏心率(0.25、0.5)。试验分为两个阶段,第一阶段根据ISO834标准升、降温曲线对试件进行升、降温试验,监测试验过程中炉内温度及测温试件截面各测点温度;第二阶段为压弯试验阶段,监测并记录了试件荷载位移关系和钢管中部外表面的应变情况。试验结果表明,随着升温时间、长细比和偏心率的增加,火灾后方钢管约束钢筋混凝土中长柱的压弯承载力逐渐降低。(2)利用有限元软件ABAQUS建立了火灾后方钢管约束钢筋混凝土柱力学性能的分析模型,包括温度场模型和力学场模型,通过对比试验数据和模拟结果,验证了有限元模型的可靠性。(3)利用建立的有限元模型,考察升温时间、长细比、截面尺寸、材料强度、含钢率、配筋率和偏心率等参数对火灾后方钢管约束钢筋混凝土中长柱剩余力学性能的影响。研究结果表明:稳定承载力随着长细比的增长逐渐降低,受火时间对稳定系数的影响较小;压弯承载力主要与偏心率的大小有关,并随着偏心率的增大逐渐降低;此外,随着截面尺寸、材料强度、含钢率和配筋率的提高,构件的稳定和压弯承载力逐渐增大,其中截面尺寸影响最为显著。(4)基于火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱强度承载力公式,通过考虑稳定和压弯影响,提出了火灾后方钢管约束钢筋混凝土中长柱稳定承载力和压弯承载力计算公式。