单面火灾作用下方钢管混凝土柱抗火性能和设计

摘要

钢管混凝土柱充分利用了钢材和混凝土的材料特性，在我国高层和超高层建筑中已得到广泛应用。因钢管外露，钢管混凝土柱的抗火性能与设计是其在工程实践中的关键问题之一。现有研究和现行规范或规程多基于四面均匀受火的边界条件，而实际火灾中钢管混凝土柱多受包括单面火灾、相邻两面以及三面火灾作用在内的非均匀火灾作用。受火面的减少，一方面将降低构件的整体温度，材料损伤程度也随即降低；但另一方面将导致构件截面温度分布产生非对称轴，进而产生附加偏心距，最终带来与四面火灾作用情况有较大差异的受力机理和抗火性能。本文针对非均匀火灾作用之一----单面火灾作用，研究单面受火的方钢管混凝土柱的温度分布、变形特点、耐火极限等高温性能，提出方钢管混凝土柱在单面火灾作用下的剩余承载力简化计算方法，并提供适于实际工程应用且满足不同耐火极限等级标准的方钢管混凝土柱防火保护层厚度设计建议。
　　本研究主要内容包括：⑴利用ANSYS建立方钢管混凝土柱单面受火的温度场分析有限元模型，并与已有试验结果作对比以验证模型的正确性；研究单面火灾下其截面温度场的典型特征，并与相同条件下四面受火的方钢管混凝土柱截面温度进行对比分析；研究升温时间、含钢率、截面边长以及保护层厚度对单面火灾作用下方钢管混凝土柱截面温度分布的影响，并提出主要影响因素和影响规律。⑵在温度场分析的基础上，利用FORTRAN90编制数值程序分析方钢管混凝土的耐火性能，该理论模型可考虑恒载升温作用路径，得出火灾作用下构件的受火时间-变形全过程曲线和耐火极限，并与已有试验结果以验证分析模型的正确性。⑶进行了单面受火的方钢管混凝土柱耐火极限参数分析，分析了荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土的材料强度、含钢率以及保护层厚度的影响规律；在工程常用范围内，提出单面火灾作用下方钢管混凝土柱的剩余承载力影响系数的简化计算方法；确定了满足现行规范要求的不同耐火等级的单面火灾作用下方钢管混凝土柱需要的最小厚涂型防火保护层厚度，以供抗火设计和修订相关设计规范和规程参考。

目录

单面火灾作用下方钢管混凝土柱抗火性能和设计

FIRE RESISTANCE BEHAVIOUR AND DESIGN OF CONCRETE-FILLED SQUARE HOLLOW SECTIONS BEING EXPOSURE TO ONE-SIDE FIRE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 均匀火灾下钢管混凝土柱耐火性能的研究现状

1.3 不均匀火灾下构件抗火性能的研究现状

1.4 本文的研究方法和主要内容

第2章 方钢管混凝土柱截面温度场分析

2.1 引言

2.2 材料热工性能

2.3 温度场有限元分析模型

2.4 温度场非线性有限元分析

2.5 影响因素分析

2.6 本章小结

第3章 方钢管混凝土柱耐火性能的理论计算模型

3.1 引言

3.2 材料热力学性能

3.3 火灾下方钢管混凝土的理论分析模型

3.4 试验验证

3.5 本章小结

第4章 单面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限与保护层厚度计算

4.1 引言

4.2 单面火灾作用下裸钢管混凝土柱的耐火极限

4.3 单面火灾作用下承载力影响系数

4.4 单面火灾作用下保护层防火设计

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢