火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压力学性能研究

作     者：延睿 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨华;刘发起

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：方钢管约束钢筋混凝土 短柱轴压 火灾后 剩余承载力 剩余刚度 

摘      要：钢管约束钢筋混凝土柱是一种新型组合构件,该构件在钢管中填入混凝土,并且在柱端将钢管断开,使得钢管仅提供环向约束作用而不直接承担竖向荷载。钢管约束钢筋混凝土柱承载力高,施工方便,可以很好地解决因竖向荷载过大导致的构件截面过大形成的超短柱的问题,目前已在工程中得到了广泛的应用。对于钢管约束钢筋混凝土柱,其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截面构件。因方形截面中钢管对混凝土的约束作用与圆形截面显著不同,二者的力学性能存在显著差异。故本文对火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压力学性能进行研究,具体工作及成果如下:(1)对6组共计18个方钢管约束钢筋混凝土短柱进行了试验研究,其中有4组共计12个试件为受火试件,2组共计6个试件为常温试件。试验分为两个阶段,第一阶段为升、降温试验阶段,根据ISO-834标准升、降温曲线对试件进行升、降温,实测试验过程中炉内温度及测温试件各测点温度;第二阶段为加载阶段,监测并记录了试件整体变形和钢管中部及端部外表面的应变情况。试验研究了受火时间(45min、90min)和截面尺寸(200mm、250mm)对试件性能的影响,试验结果表明,随着受火时间的增加,火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压的剩余承载力和剩余刚度降低,延性系数升高。(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,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和有效性。(3)在验证了有限元模型的基础上,进行参数分析。考察受火时间、截面尺寸、材料强度、含钢率和配筋率等参数对火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压承载力降低情况的影响。研究结果表明:受火时间和截面尺寸对试件的剩余承载力系数影响显著;钢筋配筋率、钢筋强度和混凝土强度与剩余承载力系数呈近似线性关系;钢管含钢率和钢管强度对剩余承载力系数影响较小。(4)基于常温下方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压承载力公式和轴压刚度公式,提出了火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压剩余承载力和轴压剩余刚度计算公式,公式计算结果与试验及有限元结果基本一致。