受火型钢混凝土柱承载力分析与简化计算

作     者：张佳健 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐飞鸿;彭琳娜

授予年度：2022年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 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：SRC柱 火灾下 火灾后 承载力计算 

摘      要：SRC结构具备延性好、承载力高、抗震性能好、施工便捷等优点,在高层建筑中应用广泛,其抗火性能的研究尤为重要。本文基于有限元法和解析法,对受火SRC柱的承载力计算方法进行了研究,具体内容及成果如下:1、归纳总结国内外混凝土和钢材的热工性能及其火灾下、火灾后力学性能的研究现状。根据已有的试验成果,分析其材料的力学性能参数的取值,选取适合本文计算分析的相关参数。2、在相关试验得基础上,利用ANSYS分析平台,建立了 SRC柱的有限元模型,分析了其四面受火时的全过程温度场,得到纵筋内侧、翼缘板内侧及腹板中心三个测点的全过程温度时程曲线及截面最高温分布规律。3、基于截面温度场分布规律及混凝土台阶折算模型,结合常温下SRC柱承载力计算方法,针对具体算例,通过等效截面法和有限元法进行SRC柱高温下承载力计算。结果表明:计算RC结构的三台阶模型不再适用于SRC结构,需对相关参数进行调整。提出了温度为300℃～500℃、500℃～800℃时混凝土强度折减系数分别取值为0.9和0.35的建议,改进了三台阶计算模型。由于等效截面法计算较为粗糙,为满足更高的精度需求,建立了一套基于Matlab软件平台的“先对截面温度场进行Matlab曲面拟合,再将拟合的温度函数代入相应本构关系,最终确定火灾下的极限承载力的简便的计算方法。4、鉴于用“微凸的直线形截头棱锥体来描述混凝土强度在截面分布特点尚存在一定不足,本文提出了两种基于温度场的简化计算方法:(1)二台阶折算法。该方法的基本思路为:对截面温度场划分温度区,1区为箍筋内侧到型钢及其所包围混凝土区域,其温度取其折算温度;2区为型钢及其所包围混凝土区域,其温度取2区的最高温。(2)曲面拟合法。通过有限元后处理界面得到一定数量节点的最高温(提取节点的温度应一定程度上反应截面温度分布情况),然后对散点进行曲面拟合,得到截面最高温温度场的拟合函数。基于本文提出的两种火灾后SRC柱温度场简化计算方法,进一步推导了火灾后SRC柱轴压、偏压极限承载力简化计算公式,并给出具体算例,验证了这两种简化计算方法的适用性。