钢_混凝土组合结构抗火性能研究与应用(2)

21113钢-混凝土组合柱

钢-混凝土组合柱包括钢管混凝土柱和型钢混凝土柱。国内外关于火灾下钢管混凝土柱抗火性能试验研究较多,而对型钢混凝土柱抗火性能试验研究较少,主要研究成果见表1。钢-混凝土组合柱试验结果表明:

(1)影响钢-混凝土组合柱抗火性能的主要因素有长细比、构件截面、混凝土强度、骨料类型等。钙质混凝土的钢管混凝土柱耐火极限的实测结果离散性较小,而硅质混凝土构件耐火极限的实测结果离散性相对较大。

(2)当轴压比较低时,钢管混凝土柱轴向膨胀变形明显,钢管仅在受火初期承担荷载,受火后期主要由核心混凝土承担荷载,当构件长细比较大时,钢管混凝土柱耐火极限较低,破坏形态为失稳破坏,当构件长细比较小时,钢管混凝土柱耐火极限较高,破坏形态为强度破坏,并局部出现鼓曲和褶皱;当轴压比较高时,柱轴向膨胀变形不明显,柱耐火极限低于30m in;高强混凝土在高温下易发生爆裂[13],导致相同轴压比下钢管高强混凝土柱的耐火极限更低,破坏更突然,构件局部出现斜截面剪切破坏特征。

(3)型钢混凝土柱抗火性能与钢筋混凝土柱抗火性能相似,抗火性能较钢管混凝土好,但火灾下外围混凝土易爆裂而使型钢混凝土柱提前失效[24]。

(4)火灾下型钢混凝土柱试验表明,轴向约束即轴向膨胀受限制时将明显降低柱耐火极限[25-26]。柱端约束对矩形钢管混凝土柱有效计算长度的影响仍需进一步研究[21]。

此外,为改善钢管混凝土柱耐火极限偏低的问题,在裸露钢管混凝土柱试验研究成果的基础上,国外学者L ie和Kodur等采用通过在核心混凝土中配置钢筋、钢纤维等方式以提高耐火极限[14,27-30];国内学者韩林海等通过对钢管带保护层来提高其耐火极限[16-17]。

21114组合节点

文献[31]进行了型钢混凝土柱-钢-混凝土组合梁节点和方钢管混凝土柱-钢筋混凝土T形梁节点的耐火极限试验,分析了不同梁荷载比(013和016)对抗火性能的影响。试验对楼板以下部分受火,以模拟结构中局部楼层火灾的情况。试验结果表明,节点的破坏都呈延性,但节点区的混凝土梁和混凝土柱会发生明显的保护层剥落现象,说明节点是结构受火中最不利的部位。

21115组合结构体系

组合结构体系抗火性能研究从1995年Cardi ngton的BRE火灾研究实验室进行的8层足尺钢柱-钢-混凝土组合楼盖结构试验开始,british steel plc(BS)和bu ildi ng research establish m ent(BRE)先后进行了7个著名的火灾试验,分别是:

¹位于7层的约束组合梁火灾试验[32];º位于3层的大隔间火灾试验[33];»位于3层的角部隔间火灾试验Ñ[32];¼位于4层的平面框架火灾试验[32];½位于2层的角部隔间火灾试验Ò[34];¾位于2层的标准办公室火灾试验[32];¿位于4层的隔间火灾试验[35]。

Cardi ngton试验结果表明[32-35]:

(1)非承重构件(如设计时不用做承受竖向荷载的支撑)可明显减少火灾下钢梁的竖向挠度;

(2)在整体结构中,钢梁下翼缘和腹板处发生局部屈曲对钢梁稳定性影响不明显;

(3)在组合梁边缘能够提供足够的水平约束时,在火灾下组合梁会表现出悬链线效应,使其达到较大挠度;

(4)在整体结构中楼板表现出了拉力膜效应,使得楼板能承受比作为组合梁受压翼缘更大的荷载;

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表1火灾下钢-混凝土组合柱试验研究成果

Tab l e1L ists o f expe rm i en t a l t e st s o f stee-l concre t e co m posit e co l u mn s

参考文献试验对象试验特征描述备注

L i e和C aron[11] L i e和Ch abot[12]钢管普通混凝土柱

38个圆形和6个方形,两端固支裸柱,足尺、轴压、四面受火,钙质骨料

和钙质骨料混凝土。

轴压比小

K odur[13]钢管高强混凝土柱1个圆形,混凝土强度90M Pa,两端固支裸柱,足尺、轴压、四面受火。轴压比小K odur和Sultan[14]钢管高强混凝土柱1个圆形,混凝土强度95M Pa,两端固支裸柱,足尺、轴压、四面受火。轴压比小K i m等[15]钢管混凝土柱圆形和方形共8个,两端铰支裸柱,足尺、轴压、四面受火。轴压比大

H an等[16] H an等[17]钢管混凝土柱

圆形13个,矩形8个,方形3个,两端铰支裸柱和带保护层柱,足尺模

型,轴压和偏压,四面受火。

轴压比大

Lu等[18]钢管混凝土柱6个方形,C90自密实高强混凝土,两端铰支裸柱,小模型,轴压和偏压

柱,四面受火。

轴压比小

Lu等[19]中空夹层钢管

混凝土柱

6个截面形式为圆套圆、圆套方和方套圆三种,C30自密实混凝土,两

端铰支裸柱和带保护层柱,足尺,轴压和偏压,四面受火。

轴压比大

Sakum ot o等[20]方钢管混凝土柱耐火钢材,轴压和偏压柱。)

W ang等[21]钢管混凝土柱8个矩形,C30混凝土,一端铰支,另一端约束,足尺,探讨柱端转动约

束对柱弯矩和有效长度的影响。

轴压比小

H ass[22]型钢混凝土柱40个方形,两端固支,足尺,轴压、四面受火。轴压比大Yu等[23]型钢混凝土柱6个方形,两端铰支,缩尺模型,轴压和偏压,四面受火。恒载加载宋天诣等[24]型钢混凝土柱4个方形,两端铰支,足尺,轴压和偏压,四面受火。轴压比大H uang等[25-26]型钢混凝土柱4个方形,两端铰支,足尺,轴向约束率为主要参数轴压比大

(5)降温过程中,楼板阻碍钢梁的收缩,从而在节点处产生拉应力,造成端板和螺栓的断裂;

(6)在整体结构中,钢梁和楼板应该作为楼板体系进行抗火分析,而不应作为单独构件进行计算;

(7)平面钢框架抗火试验中,从受火钢柱所在的楼层到建筑物的顶层,钢柱所在位置的楼面整体向下移动了约180mm,但整体结构并未发生倒塌,说明考虑结构的连续性可以提高钢框架柱在局部火灾下的抗火性能。

在对Car dington试验基础上,国内外学者开展了不同层次的组合结构抗火试验。文献[36]进行了4榀单层单跨钢柱-钢混凝土组合梁框架抗火性能试验研究,组合梁连接方式为栓钉连接式和钢梁埋入混凝土板式,火灾工况包括:组合梁、柱同时受火而节点不受火和仅组合梁受火而柱、节点不受火2种,钢梁埋入混凝土板式的组合梁抗火性能较好,可考虑在跨度不大的工程中优先使用。文献[37-40]进行了7榀两层两跨钢柱-钢混凝土组合梁框架抗火性能试验研究,火灾工况包括:单室受火(2榀)、同跨受火(2榀)、不同跨受火(2榀)和底层受火(1榀),试验时梁、板同时受火,柱受火或不受火,节点不受火。试验表明:火灾下框架梁和框架柱之间存在相互约束作用而使框架产生内力重分布,且组合梁的抗火性能明显优于钢柱,由于温度和热膨胀不同,钢筋混凝土楼板对钢梁有约束作用,且在降温过程中会出现节点被拉坏现象,并指出工程中应对钢柱和节点实施必要保护措施。文献[41]进行了8榀单层单跨组合框架的耐火极限试验,包括4榀圆形钢管混凝土柱-钢筋混凝土T形梁框架、2榀圆形钢管混凝土柱-型钢混凝土T形梁框架和2榀方形钢管混凝土柱-钢筋混凝土T形梁框架,钢管混凝土柱外涂厚型防火涂料。试验结果表明,火灾下梁跨中底部混凝土出现了均匀的裂缝,使得内部钢筋或型钢在高温下形成拉力索,由于节点区的混凝土和钢管混凝土柱为钢筋或型钢提供了较好的锚固,框架梁表现出一定的悬链线效应,使得柱的P-D效应加剧,最后柱顶钢管局部屈曲而使框架破坏;由于外部荷载以及降温过程中混凝土收缩共同作用,节点区梁底部混凝土出现了明显裂缝。

文献[42]进行了7榀方钢管混凝土柱-型钢梁框架和3榀圆钢管混凝土柱-型钢梁框架的耐火试验,研究了4种不同连接形式(肋板式连接、T形钢连接、U形钢连接和端板式连接 …… 此处隐藏：3697字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……