鋼管混凝土由于承載力高、塑性和韌性好、抗震性能優(yōu)越、施工方便、耐火性能突出及經(jīng)濟效果佳等諸多優(yōu)點在工程領域得到越來越廣泛的應用,隨著高層、大跨度建筑越來越多,對鋼管內(nèi)部填充高強甚至超高強混凝土的受壓構件的應用也越來越廣泛,以往的文獻對鋼管混凝土的耐火極限研究及火災全過程分析較多,對鋼管高強混凝土軸壓構件火災后的力學性能的研究不多見。本文首先進行了鋼管高強混凝土軸心受壓構件火災下的耐火極限數(shù)值模擬,在此基礎上,重點進行火災后鋼管高強混凝土軸心受壓短柱剩余承載力的試驗研究、理論分析及數(shù)值模擬,主要研究內(nèi)容及取得的成果如下:(1)在總結國內(nèi)外文獻有關高溫下鋼材和高強混凝土熱力學性能,以及組成鋼管混凝土的鋼材和高強混凝土的熱-力本構關系的基礎上,建立了火災下圓形、方形、圓套圓管中空夾心、方套方管中空夾心4種不同截面形式的鋼管高強混凝土柱試件有限元計算模型。計算模型中考慮了材料熱膨脹、初始幾何缺陷以及鋼管和混凝土之間接觸關系,符合鋼管高強混凝土柱在火災下的實際工作特性,將試件在軸向荷載作用下的耐火極限數(shù)值計算結果與前期火災下試件的耐火極限試驗結果進行了對比,兩者吻合較好。對火災下鋼管高強混凝土的...

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 鋼管混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鋼管混凝土溫度場研究
        1.2.2 火災下鋼管混凝土構件試驗研究
        1.2.3 數(shù)值方法與計算模型
        1.2.4 鋼管高強度混凝土應用及研究
        1.2.5 標準火災后鋼管混凝土構件
    1.3 高溫后混凝土力學性能研究
        1.3.1 高溫后高強混凝土爆裂性能研究
        1.3.2 高溫后混凝土損傷研究
    1.4 研究基礎
    1.5 研究方法、思路和內(nèi)容
    參考文獻
第二章 火災下鋼管高強混凝土柱力學性能研究
    2.1 高溫下材料的熱工力學性能
        2.1.1 鋼材的熱工性能
            2.1.1.1 鋼材的導熱系數(shù)
            2.1.1.2 鋼材的熱膨脹系數(shù)
            2.1.1.3 鋼材的比熱
        2.1.2 高溫下鋼材的力學性能
            2.1.2.1 高溫下鋼材的強度
            2.1.2.2 高溫下鋼材的彈性模量
            2.1.2.3 高溫下鋼材的應力-應變關系
            2.1.2.4 高溫下鋼材的密度和泊松比
        2.1.3 高強混凝土的熱工性能
            2.1.3.1 高強混凝土的導熱系數(shù)
            2.1.3.2 高強混凝土的熱膨脹系數(shù)
            2.1.3.3 高強混凝土的比熱
        2.1.4 高溫下高強混凝土的力學性能
            2.1.4.1 抗壓強度
            2.1.4.2 彈性模量
            2.1.4.3 應力-應變關系
        2.1.5 耐火材料
    2.2 溫度場模型計算
        2.2.1 傳熱學基本原理
            2.2.1.1 熱對流
            2.2.1.2 熱輻射
            2.2.1.3 熱傳導
        2.2.2 熱傳導方程的定解條件
        2.2.3 熱分析界面處理
        2.2.4 火災模型
        2.2.5 網(wǎng)格劃分與單元選取
        2.2.6 溫度場計算結果分析
            2.2.6.1 圓形構件溫度場
            2.2.6.2 方形構件溫度場
            2.2.6.3 圓套圓管中空夾心構件溫度場
            2.2.6.4 方套方管中空夾心構件溫度場
    2.3 耐火極限分析
        2.3.1 荷載取值依據(jù)
        2.3.2 構件破壞準則
        2.3.3 單元選取及界面處理
        2.3.4 耐火極限計算結果分析
            2.3.4.1 圓形構件耐火極限
            2.3.4.2 方形構件耐火極限
            2.3.4.3 圓套圓管中空夾心構件耐火極限
            2.3.4.4 方套方管中空夾心構件耐火極限
    2.4 參數(shù)化分析
        2.4.1 圓形構件耐火極限影響參數(shù)分析
            2.4.1.1 荷載比
            2.4.1.2 混凝土強度
            2.4.1.3 鋼材屈服強度
            2.4.1.4 鋼承載力貢獻率
            2.4.1.5 正則化長細比
        2.4.2 方形構件耐火極限影響參數(shù)分析
            2.4.2.1 荷載比
            2.4.2.2 混凝土強度
            2.4.2.3 鋼材屈服強度
            2.4.2.4 鋼承載力貢獻率
            2.4.2.5 正則化長細比
    2.5 本章小結
    參考文獻
第三章 火災后高強混凝土及鋼材材料性能試驗研究
    3.1 火災后高強混凝土標準芯樣試驗
        3.1.1 高強混凝土芯樣提取
        3.1.2 高強混凝土標準芯樣鋸切與處理
        3.1.3 標準芯樣試驗概況
        3.1.4 試驗方法
        3.1.5 試驗現(xiàn)象與破壞形態(tài)
        3.1.6 試驗結果分析
        3.1.7 火災后高強混凝土芯樣應力-應變曲線
            3.1.7.1 圓形構件芯樣應力-應變曲線
            3.1.7.2 方形構件芯樣應力-應變曲線
        3.1.8 火災后高強混凝土抗壓強度折減
        3.1.9 火災后高強混凝土彈性模量折減
        3.1.10 火災后高強混凝土的峰值應變
        3.1.11 火災后高強混凝土泊松比
        3.1.12 火災后高強混凝土應力-應變無量綱表達式
    3.2 火災后鋼材材料力學性能試驗
        3.2.1 標準試件拉伸試驗
        3.2.2 材性試驗結果
        3.2.3 火災后鋼材屈服強度折減
        3.2.4 火災后鋼材彈性模量折減
    3.3 本章小結
    參考文獻
第四章 火災后鋼管高強混凝土短柱軸壓試驗研究
    4.1 試驗概況
    4.2 試驗方案
    4.3 試驗方法與過程
    4.4 試驗結果與分析
        4.4.1 試驗破壞現(xiàn)象
        4.4.2 試件荷載-應變曲線
            4.4.2.1 圓形試件荷載-應變曲線
            4.4.2.2 方形試件荷載-應變曲線
        4.4.3 荷載-位移曲線
    4.5 試件內(nèi)部破壞現(xiàn)象
        4.5.1 圓形試件內(nèi)部破壞現(xiàn)象
        4.5.2 方形試件內(nèi)部破壞現(xiàn)象
    4.6 本章小結
    參考文獻
第五章 火災后鋼管高強混凝土短柱剩余承載力分析
    5.1 火災后鋼管高強混凝土軸心受壓短柱的力學性能
        5.1.1 火災后鋼材的力學模型
        5.1.2 火災后核心高強混凝土的力學模型
        5.1.3 火災后軸心受壓短柱的荷載-變形全過程理論分析
    5.2 火災后軸心受壓短柱的荷載-位移曲線
        5.2.1 單元選取和網(wǎng)格劃分
        5.2.2 典型試件計算破壞模式與試驗破壞模式對比
        5.2.3 荷載-位移計算值與試驗值的對比分析
            5.2.3.1 圓形試件荷載-位移計算值與試驗值對比
            5.2.3.2 方形試件荷載-位移計算值與試驗值對比
    5.3 火災后剩余承載力試驗值與規(guī)范計算值對比
    5.4 火災后剩余承載力系數(shù)參數(shù)化分析及簡化計算方法
        5.4.1 鋼材屈服強度
        5.4.2 混凝土強度
        5.4.3 截面含鋼率
        5.4.4 構件截面尺寸
        5.4.5 火災后剩余承載力簡化計算方法
    5.5 火災后剩余剛度系數(shù)參數(shù)化分析及簡化計算方法
        5.5.1 鋼材屈服強度
        5.5.2 混凝土強度
        5.5.3 截面含鋼率
        5.5.4 構件截面尺寸
        5.5.5 火災后剩余剛度簡化計算方法
    5.6 本章小結
    參考文獻
第六章 總結與展望
    6.1 結論
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 展望
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文與工程實踐
致謝



本文編號：3869799