考虑墙体影响的方钢管混凝土柱抗火性能研究

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随着城市人口密集程度的快速增长,现代建筑越来越多地向超高层、大跨度、复合型建筑方向发展。其中高层和超高层建筑中人员集中,火灾隐患较多。同时,建筑高度越高,火灾扑救难度越大。一旦发生火灾,可能造成巨大的经济损失和大量人员伤亡。钢管混凝土以其承载力高、抗震性能好、施工方便和抗火性能好等特点在高层和超高层建筑中得到了广泛应用。目前,多数针对钢管混凝土柱抗火性能的研究均假设构件直接承受四面均匀火灾这一理想边界条件,国内外现行的规程规范也均采用均匀受火这一假设。事实上,建筑物发生火灾时,与钢管混凝土构件相邻的墙体在一定程度上起到了对高温的阻隔作用,从而使得实际火灾发生时,构件的抗火性能与耐火极限区别于现有基于四面均匀受火的研究结果。为此,本文分析了墙体对钢管混凝土柱温度分布与抗火性能的影响,主要分为以下三个部分:(1)考虑墙体影响的方钢管混凝土柱的温度场分析确定高温下钢管、混凝土和墙体材料的热工参数,利用ABAQUS有限元软件建立方钢管混凝土柱的温度场有限元模型,对比收集到的试验数据,验证该模型计算结果的正确性。分析了在墙体影响下方钢管混凝土柱截面温度场的分布规律以及相对理想边界条件下柱截面温度场的差异,从而为后续钢管混凝土柱高温下的受力机理分析提供依据。(2)考虑墙体影响的方钢管混凝土柱耐火极限分析根据现有的研究成果,选取适合的高温下钢管和混凝土的热力学模型,采用ABAQUS有限元软件建立合理的方钢管混凝土柱耐火极限模型,对比收集到的试验数据,验证有限元模型的正确性。基于典型算例计算结果,分析火灾下考虑墙体作用的方钢管混凝土柱的受力机理以及墙体对其耐火极限的影响规律。(3)考虑墙体影响的方钢管混凝土柱耐火极限参数分析与简化计算公式对考虑墙体影响的方钢管混凝土柱耐火极限进行参数分析,分析参数包括截面尺寸、长细比、含钢率、荷载比、混凝土强度以及钢材强度,研究上述参数对方钢管混凝土柱耐火极限的影响规律。在此基础上,提出可考虑墙体影响的方钢管混凝土柱耐火极限简化计算公式。
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