新型板柱结构抗火性能研究

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火灾事故作为威胁公众安全和社会发展的主要建筑事故之一,相比于地震、台风、海啸等,其发生具有随机性、易发性、不可预测性以及高频性,在发生后会对建筑结构的力学性能造成极大的影响。然而目前对火灾下关于板柱结构的研究较少,而且大部分研究的板柱结构多为钢筋混凝土板柱结构,所以对新型板柱节点以及板柱结构在高温下的力学性能进行了ABAQUS有限元模拟分析。本文通过对比相关的实验以及相关文献资料,确定了ABAQUS进行有限元模拟计算所需的相关参数。利用有限元软件建立了钢筋混凝土板柱节点以及钢管约束混凝土柱和钢筋混凝土板的组合节点,分析了节点在高温和外荷载的共同作用下的力学性能,提出了提高板柱节点抗冲切的方法,提出了加入斜向钢筋和八边形钢管混凝土柱等新型结构,并对此进行了对比分析。得出的具体结论如下:(1)板柱节点在受火面不同时,单侧受火温度场基本相似,双侧受火时会导致板柱节点的温度迅速上升;板柱节点受高温作用的时间越长,其温度向内扩散越快,构建内部的温度到外表面温度呈现梯度趋势;柱的截面尺寸对其内部钢筋的温度影响并不大;保护层厚度对钢筋温度上升的速度影响还是很大的,随着保护层厚度的增加,其内部钢筋的升温速率也是不断降低的,整个节点的抗火性能也就越好。(2)钢管约束混凝土柱和钢筋混凝土板组合的板柱节点常温下的极限承载力为906.02KN,受火两小时后其承载力下降为原承载力的80%左右,受火三小时后其承载力下降为原承载力的70%左右。从整体的承载力下降趋势来分析,受火时间越长,结构劣化的速率越快。之后又对比了柱子截面尺寸对结构极限承载力的影响,通过模拟分析,可以看出板柱节点的极限承载力是随着柱子截面尺寸的增大而提高的。又改变了钢管的厚度,可以看出改变约束钢管的厚度对结构极限承载力的提升,影响不大,对节点处的贡献不大。(3)通过ABAQUS有限元软件分析得出,当斜向钢筋相对配筋率为50%时,极限荷载力提高为2.1%;斜向钢筋相对配筋率为75%时,极限荷载力提高为5.8%;斜向钢筋相对配筋率为125%时,极限荷载力提高为8.3%,可以看到其相对配筋率越大,对结构承载力提高的越多。(4)八边形的钢管约束混凝土柱与钢筋混凝土板的组合节点,其中柱子相比于之前的柱子其主子截面面积减少了12.5%,不同的受火时间下,其承载力均有提高。在受火30min时,极限承载力提高了7.45%,位移为0.0024m;在受火60min时,极限承力提高了10.46%,位移为0.003m;在受火90min时,极限承载力提高了7.54%,位移为0.0036m;在受火120min时,极限承载力提高了5.7%,位移为0.0044m;在受火150min时,极限承载力提高了7.7%,位移为0.0047m;在受火180min时,极限承载力提高了10.87%,位移为0.0062m。(5)建立了单层的八边形的钢管约束混凝土柱与钢筋混凝土板组成的板柱节点结构,并进行了有限元模拟,分析了常温下、受火60min和120min时的应力云图,分析了其传力的方向以及破坏的趋势。
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