本文關鍵詞： 耐火鋼 鋼-混凝土組合梁 普通鋼 抗火試驗 抗火性能 耐火極限 有限元方法 承載力　出處：《浙江大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：20世紀90年代以來,國內(nèi)外學者針對組合梁的抗火性能進行了大量的試驗和理論研究,但鋼材多為普通鋼,也有學者對耐火鋼構(gòu)件和耐火鋼-鋼管混凝土柱的抗火性能進行了分析,而未曾有對耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能的研究。本文對耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能進行研究分析,完成的主要工作和取得成果包括:在ISO-834標準升溫條件下,對2個耐火鋼-混凝土組合梁和1個普通鋼-混凝土組合梁進行抗火試驗。研究耐火鋼-混凝土組合梁在火災下的承載特征和防火涂料厚度對其抗火性能的影響,對比同等條件下采用相同強度等級普通鋼的組合梁的抗火性能,考察耐火鋼替換普通鋼對鋼-混凝土組合梁抗火性能的提高和改善程度。試驗結(jié)果表明,可以取跨中撓度達到梁跨的1/30作為簡支耐火鋼-混凝土組合梁達到耐火極限狀態(tài)的界限。一定的火災和荷載等條件下,采用相同強度等級耐火鋼的鋼-混凝土組合梁比普通鋼組合梁具有更好的抗火性能,可減小建筑物的防火涂層厚度。運用基于有限元軟件ABAQUS建立的分析模型分別對采用防火涂料和防火板保護的耐火鋼-混凝土組合梁標準升溫下的抗火性能進行模擬,分析荷載比,防火保護層,材料強度,截面尺寸,混凝土樓板中縱向鋼筋等因素對耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能的影響。結(jié)果表明:荷載比和防火保護層厚度是影響耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能最重要的兩個因素。當荷載比為0.5～0.7時,使用耐火鋼替換普通鋼后組合梁的耐火極限提高35%～400%,可以減小防火涂料厚度30%左右。采用我國規(guī)范(CECS200:2006)中的方法計算耐火鋼-混凝土組合梁的耐火極限,荷載比較小時偏保守�；谖桎撃突痄換345-FR鋼板高溫力學性能試驗結(jié)果,采用有限元方法對耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能進行高溫穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析,得到標準升溫下耐火鋼-混凝土組合梁截面抗彎極限承載力-時間曲線和一定荷載比下組合梁的耐火極限�？疾旎炷涟宄叽�、鋼梁截面尺寸、涂料厚度、荷載比等參數(shù)對高溫下組合梁承載力和耐火極限的影響。提出耐火鋼-混凝土組合梁高溫下承載力和耐火極限計算公式,公式計算結(jié)果與有限元結(jié)果非常吻合。將有限元計算結(jié)果與規(guī)程CECS200:2006方法的計算結(jié)果進行對比分析,結(jié)果表明規(guī)程方法偏于保守,受火時間越長,保守程度越大。本文發(fā)現(xiàn),將腹板和下翼緣的溫度分開計算更為合理,并依此提出了建議。分析單側(cè)受火的耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能和承載力,對相關影響因素進行參數(shù)分析,結(jié)果表明各因素對單側(cè)受火的耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能的影響和三面受火時類似。和三面受火的耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能進行比較,一定條件下,單側(cè)受火時組合梁的耐火極限比三面受火時提高1倍以上。耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能是本文的最主要的研究內(nèi)容,本文還對矩形鋼管混凝土構(gòu)件的性能進行了一些基礎試驗,并研究了寬厚比對鋼管混凝土軸壓短柱承載力退化的影響。具體內(nèi)容包括:對四組鋼管混凝土構(gòu)件進行試驗:混凝土與冷彎鋼管的粘結(jié)力的推出試驗;冷彎鋼管混凝土柱寬厚比試驗;鋼管混凝土梁受彎試驗;鋼管混凝土長柱軸壓承載力試驗。研究冷彎矩形鋼管與混凝土之間的粘結(jié)力,共同工作性能,矩形鋼管混凝土短柱的承載力和延性以及矩形鋼管混凝土長柱的軸壓承載力和穩(wěn)定性。在鋼管混凝土短柱軸壓試驗的基礎上,分析寬厚比對鋼管混凝土軸壓短柱屈曲后剩余承載力的影響。運用ABAQUS有限元軟件計算不同寬厚比的矩形鋼管混凝土軸壓短柱屈曲后的剩余承載力。結(jié)果表明,寬厚比對鋼管混凝土軸壓短柱屈曲后的剩余承載力有較大影響,寬厚比為60ε時,矩形鋼管混凝土短柱剩余承載力可能下降到極限承載力的0.65。因此本文建議,對于以軸壓抵抗地震作用的鋼管混凝土柱構(gòu)件(例如作為支撐架弦桿的立柱),建議寬厚比限值更嚴格至50ε,同時控制套箍系數(shù)限值為1.5。
[Abstract]:Since 1990s, domestic and foreign scholars on experimental and theoretical researches on fire resistance of composite beams of steel, but for ordinary steel, scholars have carried out analysis on the fire resistance of refractory steel and refractory steel - concrete filled steel tubular column, and there has not been research on beam fire resistance of steel concrete composite refractory. The fire resistance of fire analysis of steel concrete composite beams, the main work and achievements include: the ISO-834 standard heating condition of 2 refractory steel concrete composite beams and 1 common steel-concrete composite beam fire resistance test. Influence of refractory steel concrete composite beams under fire load characteristics and fire retardant coating thickness on the fire resistance capability, the fire resistance of composite beams of the same strength grade of ordinary steel equal conditions, effects of refractory steel to replace ordinary steel The degree of improvement of the fire resistance of steel-concrete composite beams. The test results show that the boundary can take the deflection to Liang Kua 1/30 as simply supported steel concrete composite beams to refractory refractory limit state. The fire and load conditions, using the same strength grade refractory steel - concrete composite beam than ordinary steel composite beams have better fire resistance, fireproof coating thickness can be reduced. By the simulation of building fire resistance analysis model of finite element software ABAQUS to establish the refractory concrete steel used for respectively fireproof coating and fire protection plate composite beam under standard temperature based on the analysis of the load ratio, fire protection layer and the strength of the material, the section size and influence of the concrete slab longitudinal reinforcement of beam fire resistance of refractory steel - concrete composite. The result shows that the load ratio and thickness of fire protection There are two factors that influence the refractory steel - concrete composite beam fire resistance is the most important. When the load ratio is 0.5 ~ 0.7, to replace the ordinary steel using fire-resistant steel after the combination of the fire resistance of beam increases from 35% to 400%, can reduce the thickness of fireproof coating is about 30%. The Chinese standard (CECS200:2006) calculation of fire-resistant steel - fire resistance the concrete composite beam method, compared with hour load conservative. Wugang refractory steel Q345-FR steel at high temperature mechanical performance based on the experimental results, using the finite element method for steady state analysis and transient analysis of high temperature of fire resistance of refractory steel concrete composite beams, obtained under the standard temperature of refractory steel concrete beams flexural ultimate bearing the force time curve and load ratio of composite beams under fire resistance. The influences of concrete slab size, beam section size, coating thickness, load ratio and other parameters of high temperature composite beam bearing Impact force and fire resistance limit. Under the proposed calculation formula of bearing capacity and fire resistance of refractory steel concrete composite beams under high temperature, calculation results and finite element results. The calculation results of finite element analysis and CECS200:2006 method for comparative analysis of the results, the regulation method is conservative, the longer the time by fire conservative, the greater the degree. It is found that the web and flange temperature calculated separately is more reasonable, and puts forward some suggestions accordingly. By the analysis of unilateral refractory steel - concrete composite beam fire fire resistance and bearing capacity, the parameter analysis of the related factors, the results showed that all the factors affected by the refractory steel the fire on the unilateral effects of fire resistant property of concrete beams and the combination of the three face under fire. Similar and three sides of fire-resistant steel - fire fire resistance of concrete composite beams were compared, under certain conditions, the unilateral group under fire Improve the fire resistance of beam than the three face under fire when more than 1 times. The fire resistance of refractory steel - concrete composite beam is the main research contents, this paper also tests some basic properties of concrete filled rectangular steel tube members, and the effects of the ratio of width to thickness of degradation of bearing capacity of concrete filled steel tubular stub columns shaft pressure. The specific contents include: Test of concrete filled steel tubular members of four groups: the test launch of bond force of the concrete and the cold-formed steel tube; cold-formed steel pipe concrete column slenderness ratio of concrete filled steel tube Liang Shouwan test; test; concrete filled steel tubular long columns under axial compression bearing capacity test. Research on bond strength between cold-formed rectangular steel tube and concrete, working performance rectangular concrete filled steel tubular short columns, bearing capacity and ductility of concrete-filled rectangular steel tube columns and the axial bearing capacity and stability. Based on compression test of concrete filled steel tubular short column shaft On the analysis of ratio of width to thickness of CFST short column buckling residual bearing. Using ABAQUS finite element software to calculate different thickness of rectangular steel tube concrete axial ratio buckling column after the residual bearing capacity. The results showed that the ratio of width and thickness of concrete filled steel tubular short columns under axial compression flexion residual bearing capacity after the song has a great influence 60, width to thickness ratio epsilon, rectangular columns remaining 0.65. may drop to the ultimate bearing capacity of the proposal for pressure resistance of concrete filled steel tubular columns with axial earthquake components (such as column support chord), suggested that thickness ratio of more stringent limit to 50 epsilon, while the control set hoop coefficient limit is 1.5.

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU398.9

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本文編號：1496840