本文選題：型鋼混凝土異形柱 + 火災　； 參考：《青島理工大學》2013年碩士論文

【摘要】：型鋼混凝土異形柱不僅布置靈活、使用面積大，而且承載力高、抗震性能好�？梢灶A見，型鋼混凝土異形柱未來會在多、高層住宅建筑中得到廣闊的應用。與鋼筋混凝土異形柱的研究相比，我國型鋼混凝土異形柱的抗火研究尚處于起步階段。 型鋼混凝土異形柱由于其截面形狀的不規(guī)則性，其正截面承載力的計算比矩形截面柱要復雜很多。為了保證火災下柱子的安全性及了解高溫下異形柱的力學性能，本文從試驗研究、ABAQUS數(shù)值模擬、MATLAB程序編制和SRC異形柱承載力的簡化計算四方面對SRC異形柱(包括十字形、T形、等肢L形和不等肢L形)火災下的力學性能進行了系統(tǒng)分析。以下為本文的主要內容和成果： 1、本文在本團隊成員的共同協(xié)作下設計了9根十字形、8根T形、9根等肢L形（簡稱DL形）、9根不等肢L形（簡稱BL形）型鋼混凝土異形柱。對于每種截面形式的異形柱，其中8根（T形柱為7根）進行標準升溫曲線下的火災試驗，作為對比另外1根進行常溫下的軸壓試驗，得到截面溫度場分布規(guī)律；對火災后的試件進行靜力加載試驗，同時分析偏心距和荷載角對殘余承載力的影響。試驗結果表明：(1)測點距受火面越近，溫度越高，升溫幅度越大；反之，溫度越低，升溫幅度也越平緩。截面核心區(qū)測點的升溫幅度較小，基本在200℃以下。(2)荷載角和偏心距對異形柱的受力性能有很大影響。無論何種截面形式異形柱，在其它條件一定的情況下，殘余承載力隨著偏心距的增大而減小，0°加載角的承載力高于45°加載角的承載力。(3)無論何種截面形式的型鋼混凝土異形柱，其豎向變形和側向位移大致都經(jīng)歷變形平緩、變形加速和變形急劇增加三個階段。從抵抗變形的能力上看，在其他條件一定的條件下，十字柱優(yōu)于T形柱，BL形柱優(yōu)于DL形柱，T形柱優(yōu)于DL形柱。(4)十字形柱的承載力是T形截面柱的1.15～1.5倍，BL形截面柱承載力是DL形截面柱的1.06～1.17倍左右，而DL形截面柱抵抗荷載的性能優(yōu)于T形截面柱。 2、借助工程模擬有限元軟件ABAQUS對型鋼混凝土異形柱火災后的溫度場和高溫下的受力性能進行了分析。結果表明：(1)ABAQUS模擬值與試驗值吻合較好，能基本反映截面升溫的一般規(guī)律。(2)試驗側移曲線與ABAQUS側移曲線的變化形狀是基本一致的，即隨著偏心距的增大，X、Y向的側移均呈現(xiàn)增大的趨勢，而豎向側移變化不大。(3)截面抗彎能力隨著軸力的增大先增大后減小。試驗得到的界限偏心距與ABAQUS計算得到的界限偏心距基本吻合。 3、根據(jù)平截面假定和數(shù)值分析原理，編制了適用于高溫下型鋼混凝土正截面承載力計算的MATLAB程序；運用該程序得到異形柱極限破壞時的N-M相關曲線和Mx-My相關曲線以及中性軸的位置，并分析型鋼混凝土異形柱正截面承載力的影響因素：荷載角、偏心距、混凝土強度等級和配鋼率等。結論如下：(1)由于程序的非線性，一般的數(shù)學解析法很難求解，本章采用Quasi-Newton方法，能快速有效的獲得收斂解。(2)界限偏心距的試驗值、ABAQUS值和MATLAB值吻合較好。(3)荷載角、配鋼率、混凝土強度等級對型鋼混凝土異形柱(包括十字形、T形、DL形和BL形)的極限承載力有著較大的影響。在其它因素一定的條件下，構件的極限承載力隨含鋼率的增大而增大，與混凝土強度等級呈正比，，隨偏心距的增大而減小。(4)型鋼混凝土異形柱與鋼筋混凝土異形柱在受火1小時后的N-M包絡圖和Mx-My包絡圖的變化規(guī)律相近，而且配鋼率的增加能顯著提高異形柱的承載力。 4、根據(jù)本文的實驗數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)提出了適用于高溫下型鋼混凝土異形柱正截面承載力計算的折算截面法，并運用此法計算本文的試驗構件來驗證此法的可靠性。計算結果表明：(1)折算截面法對十字形、T形、BL形和DL形小偏壓下是偏于安全的。(2)承載力四種算法的計算值吻合較好。
[Abstract]:Steel - concrete special - shaped columns are not only flexible , the use area is large , but also the bearing capacity is high , the anti - seismic performance is good . It can be predicted that the future of SRC special - shaped columns can be widely used in many high - rise residential buildings . Compared with the research of reinforced concrete special - shaped columns , the research on the anti - fire of SRC special - shaped columns is still in the initial stage .

In order to ensure the safety of columns under fire and to understand the mechanical properties of special - shaped columns under high temperature , this paper systematically analyzes the mechanical properties of SRC special - shaped columns ( including cross , T - shaped , etc . L - shape and unequal L - shape ) in order to ensure the safety of pillars under fire and to understand the mechanical properties of special - shaped columns under high temperature . The main contents and achievements of this paper are as follows :

1 . In this paper , 9 cross - shaped , 8 T - shaped , 9 equilateral L - shaped steel concrete special - shaped columns are designed under the co - operation of the members of the team .
The influence of eccentricity and load angle on the residual bearing capacity is analyzed . The experimental results show that : ( 1 ) the closer the measuring point is to the fire surface , the higher the temperature , the greater the temperature rise ;
( 3 ) The bearing capacity of the cross - section is 1 . 15 - 1.5 times of that of the T - shaped column , and the capacity of the T - shaped column is 1 . 06 - 1.17 times of that of the U - shaped cross - section column .

2 . The temperature field and the forced performance of SRC special - shaped column after fire are analyzed by means of finite element software of engineering simulation . The results show that : ( 1 ) The simulation value is in good agreement with the test value , which can reflect the general rule of the temperature rise of the section .

3 . Based on the principle of flat cross section assumption and numerical analysis , a MATLAB program is developed which is suitable for the calculation of bearing capacity of SRC concrete under high temperature .
The results are as follows : ( 1 ) Due to the nonlinearity of the program , the general mathematical analysis method is very difficult to solve . The conclusion is as follows : ( 1 ) Due to the nonlinearity of the program , the general mathematical analysis method is difficult to solve .

4 . According to the experimental data , this paper presents a method for calculating the normal section carrying capacity of SRC special - shaped columns under high temperature , and uses this method to calculate the reliability of this method .

【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU398.9;TU352.5

【參考文獻】

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本文編號：1834744