中空夹层方钢管再生混凝土柱耐火极限研究

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钢管混凝土柱的抗火性能实验方式及结果分析

引言混凝土作为传统的建筑材料，它具有很多的优势，比如抗压强度大、耐高温、耐腐蚀、制备简单方便，当然也同样具有很多明显的劣势，比如抗拉强度差，过于笨重等。

钢管混凝土柱是混凝土与钢材的一种组合方式，两种材料取长补短，充分发挥了混凝土抗压性能和钢材的抗拉性能，达到优化组合的作用效果。

钢管混凝土结构由于具有承载力高、塑性韧性好、施工速度快、综合效益好等工程特点，因而在高层、超高层建筑中的应用越来越普遍。

然而，在火灾作用下材料的力学性能有相当大的下降，承载力也随之下降。

1.试验概况1.1试件设计火灾试验的试件共有2个钢管混凝土柱Z1、Z2。

采用C40商品混凝土，PO42.5R水泥，粒径10mm～20mm的硅质粗骨料，中砂，掺加XTR-B外加剂，试验时混凝土立方体抗压强度为38MPa；钢管外径为219mm，壁厚4mm的钢管，钢材屈服强度为280MPa，极限强度390MPa。

在试件两端的各留４个直径20mm左右的排气孔，用于受火后混凝土内部的水汽排出。

1.2试验装置及试验方法室内火灾的发展一般可分为火灾的初期增长、充分发展和衰减熄灭三个阶段。

火灾充分发展阶段升温速率快、温度高，对结构破坏严重。

为了近似模拟快速升温阶段，采用燃油火灾试验炉通过喷嘴将轻柴油雾化，点燃后在炉体内产生高温。

炉内升温由直径为3mm的N型热电偶测量。

火灾试验中试件由油压千斤顶施加1600KN轴向压力，并通过高压油泵来控制和调整施加荷载的大小。

试件上端部伸出炉盖，防止高温使千斤顶失效。

试件下端部用砂子进行维护，防止支座温度过高，因此试件的实际受火高度约为2800mm左右。

试件轴向变形由量程为±200mm的2个差动式位移传感器测量，位移传感器放置在柱顶千斤顶的四周。

试件表面和核心混凝土内部的温度由直径为0.5mm 的Ｋ型热电偶测量。

位移计和热电偶测得的数据均由HP数据采集仪自动采集并存储。

2.高温条件下混凝土的热运动混凝土在加热过程中的形变受以下四种条件的影响,即:热应变，瞬时压力相关应变,瞬变应变和蠕变应变。

方中空夹层钢管混凝土受力性能研究

第７卷第１１期２１０１年１１月
中国安全生产科学技术
ＪｕｎｌｏａｅｙＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｏｒａｆＳｆｔｃｅｃｎｅｈｏｏｙ
Ｖ０．．１７Ｎｏ１１
ＮＯ２１Ｖ．０１
文章编号：６３—１３２１）１— ０２— ５１７９Ｘ（０Ｉ一Ｉ０７０
中空夹层钢管混凝土柱在轴力和水平荷载作用下进行了非线性有限元计算，以考察不同影响因素对方中空夹层钢管ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ凝土柱实际受力性能的影响。试验表明：与普通方钢管混凝土柱相比，中方空夹层钢管混凝土柱承载力有了明显的提高，刚度也有所提高。名义含钢率和长细比是方中空夹层钢管混凝土柱设计的主要影响因素，实际工程中要严格控制这两个参数。方中空夹层钢管混凝土柱达到极限荷载后，表现出良好的延性和后期变形能力，仍其受力性能明显优于方钢管混凝土柱，是一种优良的结构形式，它能够满足人们对现代结构安全性和适用性的要求。关键词：钢管混凝土；限元；有承载力；刚度
所以名义含钢率对方中空夹层钢管混凝土柱的受力性万方数据第11期中国安全生产科学技术?75?能起着控制作用为了保证方中空夹层钢管混凝土柱不出现局部破坏并满足建筑抗震设计规范gb500112010中提出的小震不坏中震可修大震不倒的原则方中空夹层钢管混凝土柱设计时对名义含钢率这一影响因素要严格控制并满足相应的规范要求
ｓｉｔｅｕｂｌｒｃｌｍｎｋｎｓｅｌｔｕａｏｕｓ
ＹＡＹｕ — ｉＮｅｍｅ，ＺＵＷｅ．ａｇ，ＳＨＯｎ１ｎＯＮＧＹｕｎｙａＩＪｅｉａ．ｕｎ，Ｌｉ（．ｃｏｌｆｒｈｅｔｅａｄＣｖｎｉｅｒｇＸ’ ｎｖｒｉｆｃｅｃｎｅｈｏｇ，ｉｎ７０５，Ｃｉａ１ＳｈｏｏｃｉｃｒｎｉｉＥｇｎｅｎ，ｉｎＵｉｅｓｙｏＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｙＸ’ １０４ｈｎ）Ａｔｕｌｉａｔｏａ（．ｈａＳｅｈａＳｅｄｎｒｕｏｌｅｉｏｐｎ，ｒｏ１２９，ｈｎ）２ＣｉｈｎｕｈｎｏｇＧｏｐＣａＤｓｎＣｍａｙＥｄｓ７０Ｃｉａｎｇ０（．９ｈＭｅｌｒｉｌｕｖｙａｄＤｓｓｔｏｏａｏ，ｈｎｄ１７０Ｃｉ）３１ｔｔｌｇａＳｒｅｎｅｉＩｔｕＣｒｒｔｎｅＣｅｇｕ６１３，ｈｎａｕｃｎｇｎｉｔｐｉａ

高强中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能试验研究

高强中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能试验研究
熊明祥;胡琪东;刘博元;林靖
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2022(39)11
【摘要】针对应用高强钢与超高强混凝土的中空夹层钢管混凝土柱,开展了轴心受压柱的标准耐火试验,得到了不同截面形状、边界条件、涂料厚度、荷载比条件下该柱的耐火极限,提出了表征柱耐火性能的延性指标,探讨了高强柱与普通柱耐火性能的差异。

试验结果表明:高强中空夹层钢管混凝土柱的受火时间-位移响应与普通柱相似,受火前期膨胀而后期压缩变形进一步增大达到耐火极限。

参数分析表明:相同条件下,应用高强钢的中空夹层柱其耐火极限低于应用普通钢的中空夹层柱,而应用超高强混凝土的中空夹层柱其耐火极限则高于应用普通或高强混凝土的中空夹层柱。

此外,该文分别基于欧洲规范4中轴心受压柱和压弯构件的常温承载力计算模型,运用材料高温力学参数,计算了该柱高温屈曲承载力与耐火极限,计算结果与试验结果吻合较好。

【总页数】9页(P177-185)
【作者】熊明祥;胡琪东;刘博元;林靖
【作者单位】广州大学土木工程学院防护工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TU398.9
【相关文献】
1.带肋中空夹层方钢管混凝土柱轴压性能的试验研究
2.圆形高强中空夹层钢管混凝土构件轴压性能试验研究
3.外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究
4.高强锥形中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱试验研究
5.中空夹层圆钢管超高强混凝土短柱火灾后承载性能试验研究
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钢管再生混凝土柱力学性能研究进展

钢管再生混凝土柱力学性能研究进展当前，我国城镇化进程加快，既有建筑的更替和新建结构的增长，导致大量的建筑材料耗费。

为实现可持续发展，再生混凝土技术应用而生，废弃混凝土的回收利用减少了建筑固废排放量和天然资源消耗，为资源环境循环利用提供了新思路，成为目前学者们的研究热点[1]。

由于再生骨料自身的缺陷，使得再生混凝土的力学和耐久性能不同程度的降低，限制了再生混凝土在工程中的应用[2]。

将再生混凝土引入到钢管混凝土中，使构件同时具备了钢管和再生混凝土2 种材料的特性，既保留了钢管混凝土高承载力和抗震能力，又能有效利用建筑废弃物、节能环保，具有良好的推广应用前景[3]。

钢管再生混凝土的研究起步较晚，钢管再生混凝土柱力学性能的研究尚处于理论层面，实际工程应用还相对较少[4−6]。

钢管再生混凝土的研究主要集中在柱的力学性能和抗震方面。

试验研究多以再生骨料取代率、再生混凝土强度、钢管形状、钢管组合构造形式、柱型类别、长细比、含钢率和荷载比等作为参变量，对其破坏形态、力学性能和变形能力等进行分析。

本文将针对性的归纳总结钢管再生混凝土柱的力学性能、改变外部环境下的工作性能和抗震性能。

在试验示范的跟踪过程中，云天化产品示范田的冬枣长势旺盛，中期表现出挂果多，果实品相好，树体健壮；采收期冬枣色泽好，果形均匀，畸形果少，口感佳。

示范田亩增产82.4kg，亩增收10075.2元，给农户带来的一定的经济效益。

通过试验示范，云天化“滴灌二铵”和“大量元素水溶肥”系列肥料得到了种植户的认可。

1 再生混凝土物理及力学性能用废弃混凝土破碎加工而成的再生集料，由粒径大小分为再生粗骨料(5～31.5 mm)和再生细骨料(0.5～5 mm)，由于旧砂浆、表面裂纹和杂质的存在，使得再生混凝土弹性模量小于普通混凝土，而干缩和徐变变形大于普通混凝土[7]。

且再生骨料随机性和变异性较大，致使其具有孔隙率大、吸水率高、密度小、压碎指标值高等缺陷，老砂浆和界面过渡区是再生混凝土的主要薄弱环节[8]。

钢管混凝土柱抗火性能研究_韩金生

1. 2 主要的试验结果及分析 1. 2. 1 试件截面升温试件 A3、 A 4的钢管表面实测温度与平均炉温的对比如图 4所示, 可见钢管表面的升温与炉内升温规律相似, 只是开始阶段钢管表面的温度与炉温相比较低, 但随着受火时间的增长钢管表面的温度越来越接近于炉内火场温度。
摘要: 对没有防火保护的钢管混凝土柱的抗火性能及其分析方法进行研究。通过没有防火保护的配筋钢管混凝土柱的火灾试验, 研究了配筋钢管混凝土柱的火灾行为、截面温度场、变形和耐火极限, 试验结果表明配筋可以显著提高钢管混凝土柱的耐火极限。探讨了配筋钢管混凝土柱抗火性能的数值模拟方法, 在数值模拟中考虑了水分、接触热阻和高温瞬态热应变的影响, 通过与试验结果的对比表明数值方法可以较好地计算柱的变形和耐火极限, 并且能够满足工程应用的精度要求。最后在数值计算结果和试验结果的基础上, 给出了配筋钢管混凝土柱截面温度场和耐火极限的简化计算方法, 以方便实用。关键词: 配筋钢管混凝土柱; 试验; 数值模拟; 简化计算方法; 耐火极限中图分类号: TU 398 TU 352. 5 文献标志码: A
[1 -2]
1 火灾试验研究
1. 1 试验概况试件共有 1个钢管素混凝土柱和 3个配筋钢管混凝土柱以及 1 个测温用短柱 B1 。试件两端焊接 20mm 厚的端承板, 并在钢管两端各留两个排汽孔。试件详图如图 1所示。短柱 B1的 K 型热电偶布置及编号如图 2 所示, 所有试件的详细情况列于表 1中。
基金项目: 国家 / 十一五 0科技支撑计划重点项目 / 大型及重要建筑安全监测预警集成技术研究与示范 0 ( 2006BA J13B03) 。作者简介: 韩金生 ( 1978) ), 男, 山东潍坊人, 工学博士, 讲师。 E-ma i:l h jsheng2008 @ 163 . com 收稿日期: 2009 年 6月

耐火钢材钢管混凝土柱的抗火性能分析

耐火钢材钢管混凝土柱的抗火性能分析耐火钢材（Fire-resisting steel）是一种具有特殊抗高温性能的钢材，其抗火性能在高温条件下能够保持一定时间内不燃烧，并且能够提供结构稳定性。

耐火钢材的抗火性能主要取决于其材料特性和设计参数。

一般情况下，耐火钢材的抗火性能可以通过以下几个方面进行分析。

首先，耐火钢材的抗火性能与其材料特性有关。

耐火钢材通常具有较高的熔点和热传导性能，这使得其能够在高温条件下保持相对稳定的性能。

此外，耐火钢材的化学成分和晶体结构也会影响其抗火性能。

常见的耐火钢材种类包括耐火不锈钢和耐火合金钢等。

其次，耐火钢材在结构设计中的参数也会对其抗火性能产生影响。

例如，柱子的断面形状、尺寸和钢管混凝土层的厚度等参数都会影响其在火灾情况下的抗火能力。

一般来说，较大直径和较厚的钢管混凝土层可以提高柱子的抗火能力。

针对耐火钢材钢管混凝土柱的抗火性能分析，可以从以下几个方面入手。

首先，需要对耐火钢材的材料特性进行研究和测试。

通过拿取一定数量的样本进行高温实验，研究其在高温条件下的性能变化情况。

这包括对材料的熔点、热传导性能、化学成分和晶体结构等进行分析。

其次，需要进行柱子的抗火设计。

根据建筑设计要求和安全标准，确定柱子的断面形状、尺寸和钢管混凝土层的厚度等参数。

根据这些参数，使用热力学计算方法模拟柱子在火灾条件下的温度变化情况，并评估其结构稳定性。

最后，需要进行抗火性能测试和模拟分析。

通过在实验室中对柱子进行火灾试验，观察其在一定时间内的抗火能力。

同时，使用计算机模拟软件进行数值模拟分析，模拟柱子在不同火灾条件下的温度分布和变形情况。

在实际应用中，还可以通过对耐火钢材的表面进行特殊处理，如涂覆防火涂料或包覆耐火材料，来提高其抗火性能。

此外，还可以研究开发新型的耐火钢材，以提高其抗火性能和工程应用范围。

总之，耐火钢材钢管混凝土柱的抗火性能是一个较为复杂的问题，需要综合考虑材料特性和结构设计参数。

混凝土柱耐火极限综述

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３８・
第４０卷第７期２０１４年３月
山西建筑
ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ１．４０Ｎｏ．７Ｍａｒ．２０１４
文章编号：１００９ — ６８２５（２０１４）０７ — ００３８ —柱子的端部约束越多，越能提高钢管混凝土柱的耐火极限；Ｃ．柱子两面受火＞相邻两面受火＞１．１．２钢筋混凝土柱的截面尺寸增大则耐火极限提高。
日本的Ｉｎｈａ提出一种耐火极限的计算方法，该方法能够应用１）四面受火。德国的Ｈａｓｓ、加拿大的Ｌｉｅ和Ｗｏｌｌｅｒｔｏｎ、比利时
凝土的临界破坏温度６００℃ ，地下室平顶的部分混凝土梁、板受条规定确定： ② ～④ ×⑧ ～⑩ ， ① ～④ ×⑨ ～⑩ ， ④ 一⑦ ×⑥ ～到灼烧，但地下室顶板的保温隔热层在火灾中起到很好的隔热阻 ⑤ ， ① ～④ ×⑩ 一◎ 区域的混凝土板及周边混凝土墙为损伤火作用，部分保温隔热层被烧坏，混凝土构件受损较轻。主要燃 Ⅱａ级， ⑩轴② ～④ ， ④轴⑩ ～⑩间混凝土梁为损伤１１ａ级，即轻微
烧区以外的① ～ ④× ⑩～ ⑩， ④～ ⑦× ⑥一 ⑩， ①～ ④× ⑩ ～◎ 或未直接遭受灼伤作用，结构材料或结构性能未受或仅受轻微影响。
区域的火场最高温度估测均低于３００℃ ，此区域混凝土构件只是４．２建议受到烟熏作用，基本无损伤。１） ②一 ④× ⑩～ ⑩， ①～ ④× ⑩～ ⑩ 区域混凝土板保温隔热

钢管混凝土柱耐火极限和防火设计实用方法研究

钢管混凝土柱耐火极限和防火设计实用方法研究摘要：在现代建筑中，钢管混凝土结构因其独特的设计和高强度特性，得到了广泛应用。

然而，面临的挑战之一是在火灾中保持结构的稳定性。

耐火性能作为建筑结构安全的重要指标，对钢管混凝土柱的设计至关重要。

本文旨在探讨钢管混凝土柱的耐火极限和防火设计方法，通过深入研究耐火材料、防火涂料的选择，为提高建筑结构的抗火性能提供科学依据。

这一领域的探索不仅对建筑安全具有重要意义，也为结构工程提供了新的技术路径。

关键词：钢管混凝土柱；耐火极限；防火设计；实用方法引言：本文深入研究了钢管混凝土柱的耐火极限和防火设计方法。

探讨了钢管混凝土柱结构特点、耐火性能要求，以及耐火材料和防火涂料的选择与应用。

通过耐火极限计算方法，提供了科学的防火设计指导，确保钢管混凝土柱在火灾中的稳定性。

所提方法不仅提高了建筑抗火性能，也为今后类似结构的防火设计提供了实用指导，为建筑安全提供了可靠保障。

一、钢管混凝土柱结构特点与耐火性能1.钢管混凝柱土结构特点1.1钢管混凝土的优势钢管混凝土以其独特的结构特点在建筑工程中广泛应用。

首先，内部钢管提供了强大的承载能力，使钢管混凝土柱具备卓越的抗压性能和扭曲抗扭性能。

其次，混凝土外包覆层有效保护内部钢骨架免受腐蚀和火灾侵害，同时提供了优秀的耐火性能。

这种内外结合的设计不仅增强了结构的整体刚性和稳定性，还使得钢管混凝土柱具备了出色的耐久性和抗火性，成为现代建筑中安全可靠的重要支撑结构。

1.2钢管混凝土柱的构造形式和应用钢管混凝土柱以其独特的结构形式成为建筑设计中的创新亮点。

其构造形式多样，包括圆形、方形和多边形等，适应了不同场景的设计需求。

钢管混凝土柱广泛应用于高层建筑、桥梁、地下结构等领域。

在高层建筑中，钢管混凝土柱因其高强度和抗震性能，成为支撑大楼结构的理想选择。

在桥梁工程中，钢管混凝土柱以其出色的承载能力和耐久性，保障了桥梁结构的安全运行。

此外，在地下结构中，钢管混凝土柱的防水性能和耐久性使其成为地铁、隧道等工程的重要组成部分。

反复荷载作用下方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究

反复荷载作用下方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究一、本文概述本文旨在探讨反复荷载作用下方钢管混凝土柱的抗震性能。

通过系统的试验研究和理论分析，本文深入剖析了方钢管混凝土柱在地震力作用下的受力特性、变形行为以及耗能机制。

文章首先对方钢管混凝土柱的构造特点进行了简要介绍，阐述了其在建筑结构中的重要地位。

随后，通过文献综述的方式，梳理了国内外在方钢管混凝土柱抗震性能研究方面的主要成果和存在的问题。

在此基础上，本文设计并实施了一系列针对方钢管混凝土柱的抗震试验，以获取其在反复荷载作用下的实际表现。

文章还将对试验结果进行详细的数值分析和理论解释，旨在揭示方钢管混凝土柱的抗震性能规律，为实际工程中的抗震设计提供科学依据和技术支持。

文章还将就未来研究方向和应用前景进行展望，以期推动方钢管混凝土柱抗震性能研究的进一步深入和发展。

二、文献综述在过去的几十年里，钢管混凝土柱因其卓越的承载能力和抗震性能在建筑工程中得到了广泛的应用。

特别是在地震频繁的地区，钢管混凝土柱的抗震性能成为了研究的重点。

随着科技的不断进步和研究的深入，大量关于钢管混凝土柱抗震性能的研究成果相继问世。

在文献中，对于钢管混凝土柱在反复荷载作用下的抗震性能进行了大量的实验研究。

这些研究主要关注于钢管混凝土柱的破坏模式、耗能能力、刚度退化以及恢复力模型等方面。

一些研究表明，钢管混凝土柱在反复荷载作用下展现出良好的耗能能力和延性，能够有效地吸收和分散地震能量，减少结构的破坏。

同时，钢管对内部混凝土的约束作用也能够提高混凝土的抗压强度和延性，从而进一步增强钢管混凝土柱的抗震性能。

还有一些研究关注于钢管混凝土柱的节点连接和抗震设计方法。

这些研究旨在提高钢管混凝土柱在地震作用下的整体稳定性和抗震性能。

通过优化节点连接方式和提出新的抗震设计方法，可以进一步提高钢管混凝土柱在地震中的安全性和可靠性。

然而，尽管已经取得了一些研究成果，但关于钢管混凝土柱在反复荷载作用下的抗震性能仍有许多问题需要解决。

中空不锈钢管—夹层混凝土—碳素钢管柱抗火性能有限元分析

中空不锈钢管—夹层混凝土—碳素钢管柱抗火性能有限元分析中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱是将传统中空夹层钢管混凝土组合结构中的外钢管用不锈钢管替代后形成的新型组合结构。

此类构件兼具中空夹层钢管混凝土组合结构截面开展、抗弯刚度大、自重轻、承载力高和不锈钢材料耐高温耐腐蚀的优良性能,特别适合用于对稳定性和耐高温、耐腐蚀要求较高的(超)高层建筑与工业厂房等工程中。

目前关于中空夹层钢管混凝土组合结构和不锈钢管混凝土柱在常温下和高温下力学性能的研究已较为系统,关于中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱在常温下的力学性能研究也已有报道,但缺乏对其高温下的力学性能的研究。

因此,本文将对圆套圆中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱的抗火性能进行研究,主要研究内容及成果如下:(1)建立了不锈钢管混凝土柱常温轴压、普通钢管混凝土柱耐火极限、普通中空夹层钢管混凝土柱耐火极限和不锈钢管混凝土柱耐火极限有限元分析模型,将计算得到的试件常温下的轴力-跨中位移关系曲线和高温下的轴向变形-时间关系曲线与已有试验结果进行比较,间接验证了中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱耐火极限有限元分析模型的可靠性。

(2)采用顺序热力耦合方法和已验证的中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱耐火极限有限元分析模型,对典型试件的耐火工作机理进行了分析。

分析内容包括试件常温轴压极限承载力、试件温度分布、试件的破坏形态与高温下的轴向变形-时间关系曲线、内外钢管与混凝土的应力和应变。

结果表明,中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱具有良好的抗火性能;其在高温下的破坏属于整体屈曲破坏;当空心率较小且火灾荷载比较小时,试件高温下的轴向变形-时间关系曲线会出现二次膨胀阶段。

(3)在明晰中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱耐火工作机理的基础上,开展了影响该类构件抗火性能因素的参数分析共计144次。

具体分析参数包括:空心率、火灾荷载比、荷载偏心率、内钢管屈服强度和混凝土强度。

钢管再生混凝土受力与耐久性能研究现状与分析

１、钢管再生混凝土力学性能
１。１钢管再生混凝土轴压力学性能
１．１．ｉ短柱Ｋｏｎｎｏ最早在上世纪９Ｏ年代进行了轴压短
柱试验通过研究发现钢管再生混凝土柱的轴压力学性能与钢管
．
研究表明
在
相同条件下试件峰值荷载随着再生骨料取代率的增加而略有降
低：随着套箍系数（公式（１）
再生骨料混凝土是将废弃混凝土破碎加工成再生骨料．将再
的增大．再生骨料含量对峰值承
钢管再生混凝土受力与耐久性能研究现状与分析
吴纪达，黄一杰。，孙黄胜。，王清
１．山东科技大学土木工程与建筑学院；２．山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室
■暖Ｉ钢管再生混凝土作为一种新型组合结构形式，其力学与耐久性能是现阶段的研究热点问题。但目前在此领域存
■嚣匡口钢管再生混凝土；力学性能：耐久性能；研究现状；损伤劣化
基金项目：中国自然科学基金项目（５ｌ４０８３４６），中国博士后特别资助项目（２０ｌ６Ｔ９０６４１），中
国博士后基金项目（２０１５Ｍ５８２Ｉｌ６），青岛市博：后基金项目，山东省泰山学者建设工程专项资金项目
针对此．本文对现有研究成果进行总结分析．探讨钢管再生混凝土的力学性能与耐久性能．所得结论为钢管再生混凝土应用提供基础。

再生混凝土研究及钢管再生混凝土短柱力学性能分析的开题报告

再生混凝土研究及钢管再生混凝土短柱力学性能分析的开题报告一、选题背景目前，大量废旧混凝土被废弃，造成了严重的环境污染问题。

如何将这些资源转化为可再利用的再生混凝土材料，已经成为建筑行业发展的重要课题。

再生混凝土不仅能够减少自然资源的消耗，而且具有环保、节能和经济的优势，已经成为未来建筑材料的趋势。

本课题将研究再生混凝土的性能及钢管再生混凝土短柱的力学特性，旨在探究再生混凝土的可行性，为推广其应用提供科学依据。

二、研究内容1、再生混凝土的制备方法及性能测试本文将对再生混凝土的制备方法进行研究，同时对其力学性能、耐久性能及微观结构进行测试分析，以期得出再生混凝土的性能特点及适用范围等信息。

2、钢管再生混凝土短柱的力学特性分析本文将研究钢管再生混凝土短柱的力学特性，强度、刚度及耐久性能等方面进行测试分析，并与传统钢筋混凝土短柱进行对比分析，以期得出钢管再生混凝土短柱的优缺点及适用范围等信息。

三、研究意义本课题的研究成果可以为再生混凝土的推广应用提供科学依据，减少混凝土废弃对环境的影响，提高资源利用率，促进建筑可持续发展。

同时，研究钢管再生混凝土短柱的力学特性，可以为结构设计提供科学依据，改进传统的混凝土结构设计的缺陷，使结构更加安全可靠。

四、研究方法与技术路线本课题将采用实验室测试、理论分析和数值模拟等方法进行研究。

具体方法和技术路线如下：1、再生混凝土的制备方法研究方法和技术路线（1）收集废旧混凝土样本，并对其进行筛选。

（2）确定再生混凝土的配合比，进行试制。

（3）对试制的再生混凝土进行各项性能测试，包括强度、刚度、耐久性等方面。

2、钢管再生混凝土短柱的力学特性分析方法和技术路线（1）收集钢管再生混凝土短柱样本，并验收合格。

（2）对样本进行力学性能测试，包括强度、刚度、耐久性等方面，并与传统钢筋混凝土短柱进行对比分析。

（3）采用数值模拟方法，对钢管再生混凝土短柱的力学特性进行模拟分析。

五、预期成果通过本课题的研究，预计可以得出以下成果：1、得出再生混凝土的性能特点，适用范围等信息。

钢管混凝土柱—钢梁节点抗火性能研究

钢管混凝土柱—钢梁节点抗火性能研究随着建筑结构设计的不断发展，火灾对建筑物结构的破坏性也越来越受到重视。

在建筑物的结构系统中，柱—梁节点是承载和传递荷载的重要节点，其抗火性能对整个结构的安全性具有重要影响。

本文旨在研究钢管混凝土柱—钢梁节点的抗火性能，以提高建筑物的防火能力。

钢管混凝土柱—钢梁节点是一种常用的结构形式，其特点是在钢梁与钢管混凝土柱之间采用焊接连接。

该节点的抗火性能主要包括耐火时间、温度分布和剩余承载力等指标。

通过对该节点进行抗火性能的研究，可以为建筑物提供更安全可靠的结构设计。

首先，耐火时间是衡量节点抗火能力的重要指标之一。

在火灾发生时，节点所能承受的高温时间越长，建筑物的安全性就越高。

通过实验测定节点的耐火时间，可以评估节点在火灾中的抗火能力，并为设计提供参考依据。

其次，温度分布是节点抗火性能的另一个重要指标。

在火灾发生时，节点所处位置的温度分布情况直接影响节点的性能。

通过研究节点内部温度的分布规律，可以了解节点的受热情况，进而分析节点的抗火性能。

最后，剩余承载力是评估节点抗火性能的重要指标之一。

在火灾后，建筑物的结构往往会受到破坏，节点的剩余承载力直接关系到建筑物的安全性。

通过实验测定节点在火灾后的剩余承载力，可以评估节点的性能，并为结构的修复提供依据。

综上所述，钢管混凝土柱—钢梁节点的抗火性能研究对于提高建筑物的防火能力具有重要意义。

通过对节点耐火时间、温度分布和剩余承载力等指标的研究，可以为建筑结构的设计和修复提供科学依据。

未来的研究还可以进一步探究节点材料的优化和改进，以提高节点的抗火性能，并提出相应的设计建议，为建筑物的耐火性能提供更好的保障。

轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究

２０２３年７月第３９卷第４期㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ)㊀Ｊｕｌ.㊀２０２３Ｖｏｌ.３９ꎬＮｏ.４㊀㊀收稿日期:２０２２－０９－３０基金项目:国家自然科学基金项目(５１８０８３５１)ꎻ沈阳市科学技术计划项目(２１－１０８－９－３４)作者简介:张波(１９７９ )ꎬ男ꎬ教授级高级工程师ꎬ主要从事装配式建筑㊁道路工程及隧道工程等方面研究ꎮ文章编号:２０９５－１９２２(２０２３)０４－０６１５－０９ｄｏｉ:１０.１１７１７/ｊ.ｉｓｓｎ:２０９５－１９２２.２０２３.０４.０５轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究张㊀波１ꎬ２ꎬ徐光朋１ꎬ任庆新１ꎬ３ꎬ秦笑笑１(１.沈阳建筑大学土木工程学院ꎬ辽宁沈阳１１０１６８ꎻ２.辽宁清创高科建筑工业化咨询有限公司ꎬ辽宁沈阳１１０１７９ꎻ３.佛山科学技术学院交通与土木建筑学院ꎬ广东佛山５２８２２５)摘㊀要目的解析轴压下三面受火的中空钢管混凝土叠合长柱的力学行为ꎬ建议耐火极限简化计算公式ꎮ方法采用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ建立轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱温度场和力学分析模型ꎬ研究轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱的温度场分布㊁破坏模态㊁变形特点㊁内力分布等ꎬ分析空心率㊁截面边长㊁荷载比和长细比对中空钢筋混凝土柱耐火极限的影响ꎮ结果在高温下中空钢管混凝土叠合长柱发生了内力重分布ꎻ截面边长由３００ｍｍ分别增加至６００ｍｍ㊁９００ｍｍ和１２００ｍｍ时ꎬ构件耐火极限分别增长了１３１８３％㊁２２１８１％和３１２０２％ꎻ长细比由２２增加至４４和６６时ꎬ构件耐火极限分别降低了２５４６％和６２７７％ꎻ荷载比由０４分别增加至０５㊁０６和０７时ꎬ构件耐火极限分别降低了３９０３％㊁６５７１％和８５５４％ꎮ结论中空钢管混凝土叠合柱的耐火性能优于中空钢筋混凝土柱ꎬ提出的耐火极限简化计算公式与有限元模型计算结果吻合程度较好ꎮ关键词轴压ꎻ三面受火ꎻ中空钢管混凝土叠合长柱ꎻ有限元分析ꎻ耐火性能中图分类号ＴＵ３９８.９㊀㊀㊀文献标志码Ａ㊀㊀㊀ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｉｒｅＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＨｏｌｌｏｗＣｏｎｃｒｅｔｅ￣ｅｎｃａｓｅｄＣＦＳＴＬｏｎｇＣｏｌｕｍｎＳｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏＴｈｒｅｅ￣ｓｉｄｅＦｉｒｅａｎｄＡｘｉａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＺＨＡＮＧＢｏ１ꎬ２ꎬＸＵＧｕａｎｇｐｅｎｇ１ꎬＲＥＮＱｉｎｇｘｉｎ１ꎬ３ꎬＱＩＮＸｉａｏｘｉａｏ１(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇꎬＣｈｉｎａꎬ１１０１６８ꎻ２.ＬｉａｏｎｉｎｇＱｉｎｇｃｈｕａｎｇＨｉｇｈ￣ｔｅｃｈＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ.Ｌｔｄ.ＳｈｅｎｙａｎｇꎬＣｈｉｎａꎬ１１０１７９ꎻ３.ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎꎬＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬＦｏｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＦｏｓｈａｎꎬＣｈｉｎａꎬ５２８２２５)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆａｈｏｌｌｏｗｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｅｎｃａｓｅｄＣＦＳＴｌｏｎｇｃｏｌｕｍｎ６１６㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷ｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏａｔｈｒｅｅ￣ｓｉｄｅｄｆｉｒｅａｎｄａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎬｗｉｔｈａｐｒｏｐｏｓｅｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｉｍｉｔ.ＴｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＢＡＱＵＳｉｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｈｏｌｌｏｗｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｅｎｃａｓｅｄＣＦＳＴｌｏｎｇｃｏｌｕｍｎｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｔｈｒｅｅ￣ｓｉｄｅｄｆｉｒｅａｎｄａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎬｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎬｄａｍａｇｅｍｏｄａｌｉｔｉｅｓꎬｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎꎬａｎｄｔｏａｎａｌｙｓｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｈｏｌｌｏｗｒａｔｉｏꎬｓｅｃｔｉｏｎｅｄｇｅｌｅｎｇｔｈꎬｌｏａｄｒａｔｉｏａｎｄｌｅｎｇｔｈｔｏｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｉｍｉｔｏｆｈｏｌｌｏｗｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓ.Ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｃｃｕｒｓｉｎｌｏｎｇｈｏｌｌｏｗｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｌｕｍｎｓａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓꎻｔｈｅｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｉｍｉｔｏｆｔｈｅｍｅｍｂｅｒｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ１３１８３％ꎬ２２１８１％ａｎｄ３１２０２％ｗｈｅｎｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎｓｉｄｅｌｅｎｇｔｈｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ３００ｍｍｔｏ６００ｍｍꎬ９００ｍｍａｎｄ１２００ｍｍꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙꎻｔｈｅｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｉｍｉｔｏｆｔｈｅｍｅｍｂｅｒｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｂｙ２５４６％ａｎｄ６２７７％ｗｈｅｎｔｈｅｌｅｎｇｔｈｔｏｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ２２ｔｏ４４ａｎｄ６６ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｗｈｅｎｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｒａｔｉｏｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ０４ｔｏ０５ꎬ０６ａｎｄ０７ꎬｔｈｅｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｉｍｉｔｓｏｆｔｈｅｍｅｍｂｅｒｓｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙ３９０３％ꎬ６５７１％ａｎｄ８５５４％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.ＣｏｎｃｌｕｓｉｏｎＴｈｅｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｏｌｌｏｗｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｅｎｃａｓｅｄＣＦＳＴｃｏｌｕｍｎｓｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｈｏｌｌｏｗｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓꎬａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｉｍｉｔａｇｒｅｅｓｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎻｔｈｒｅｅ￣ｓｉｄｅｆｉｒｅꎻｈｏｌｌｏｗｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｅｎｃａｓｅｄＣＦＳＴｌｏｎｇｃｏｌｕｍｎꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓꎻｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ㊀㊀中空钢管混凝土叠合柱是一种由核心钢管和外围钢筋混凝土组成的新型组合构件ꎬ在高层建筑发展中具有十分重要的作用ꎮ李国强[１]和韩林海[２]对钢－混凝土组合结构的耐火性能进行研究ꎮ项凯[３]㊁Ｌ.Ｘｕ[４]和周侃[５]对均匀受火作用下钢管混凝土叠合柱的耐火性能进行了试验研究ꎬ指出试件在荷载和高温作用下的破坏模态呈现整体屈曲ꎬ且角部混凝土发生剥落现象ꎬ外围钢筋混凝土能够有效避免钢管发生局部屈曲ꎬ提高构件的耐火性能ꎮ侯舒兰[６]进行了考虑火灾降温作用下钢管混凝土叠合柱耐火性能理论研究ꎬ指出钢管混凝土叠合柱在降温阶段仍有可能发生破坏ꎮＨ.Ｌｕ[７]和韩林海等[２]对均匀受火作用下中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能进行了试验研究ꎬ指出试件均发生整体屈曲破坏ꎬ内置圆钢管时未发生局部屈曲现象ꎮ发生火灾时ꎬ由于结构柱所处位置不同ꎬ受火边界条件也不相同ꎬ有的结构柱处于非均匀受火状态[８]ꎬ非均匀火灾作用下ꎬ构件会出现不均匀的挠曲变形和附加偏心距ꎬ降低了构件的耐火性能ꎮ叶友林[９]和张玉琢等[１０]对三面受火方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限进行了研究ꎬ指出试件均发生整体屈曲破坏ꎮ王明涛[１１]指出非均匀受火作用下钢管混凝土叠合柱外围混凝土开始降温时ꎬ核心钢管混凝土仍处于升温阶段ꎬ温度滞后明显ꎮＬ.Ｘｕ等[１２]对三面受火钢管混凝土叠合柱耐火极限进行了研究ꎬ提出了耐火极限实用计算公式ꎮ张玉琢等[１３]对三面受火中空夹层钢管混凝土柱耐火极限进行理论研究ꎬ指出荷载比㊁长细比和界面尺寸是影响构件耐火极限的主要参数ꎬ并提出了耐火极限实用计算公式ꎮ其他学者也对构件非均匀受火进行理论研究ꎬ分析了影响构件耐火极限的主要参数ꎬ提出了剩余承载力实用计算公式[１３－１９]ꎮ综上所述ꎬ笔者继续开展研究ꎬ利用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析平台ꎬ选取合理的热工参数和材料本构模型对轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱的耐火性能进行分析ꎬ并提出了耐火极限简化计算公式ꎮ１㊀有限元分析模型１.１㊀模型建立采用热－力顺序耦合的方法对轴压第４期张㊀波等:轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究６１７㊀下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能进行分析ꎮ在温度场计算模型中ꎬ材料的热工参数按照Ｔ.Ｔ.Ｌｉｅ[２０]的建议取值ꎻ假定中空钢管混凝土叠合长柱三面全高度受火ꎬ采用ＩＳＯ￣８３４标准升温曲线[２１]ꎬ初始温度设为２０ħꎻ钢管和混凝土采用ＤＣ３Ｄ８单元ꎬ纵筋和箍筋采用ＤＣ１Ｄ２单元ꎻ钢管与混凝土的接触面采用Ｔｉｅ约束ꎬ钢筋笼采用内嵌于混凝土中ꎻ受火面和背火面的热对流系数分别取２５Ｗ/(ｍ２ ħ)和９Ｗ/(ｍ２ ħ)ꎬ综合辐射系数取０５[６]ꎮ在力学性能计算模型中ꎬ钢管和混凝土采用Ｃ３Ｄ８Ｒ单元ꎬ纵筋和箍筋采用Ｔ３Ｄ２单元ꎻ钢管与混凝土相互作用在法向上定义为硬接触 ꎬ在切向上采用摩擦系数为０６的库伦摩擦[６]ꎻ参考点ＲＰ１和ＲＰ２分别与中空钢管混凝土叠合长柱底表面和柱顶表面耦合ꎻ初始偏心距为１/１０００Ｌꎮ中空钢管混凝土叠合长柱的网格划分和受火方式如图１所示ꎮ图１㊀网格划分与受火方式Ｆｉｇ１㊀Ｍｅｓｈｉｎｇａｎｄｆｉｒｅｍｏｄｅ１.２㊀常温性能验证为验证常温下中空钢管混凝土叠合长柱力学有限元分析模型的正确性ꎬ与文献[２２－２３]的空心钢管混凝土叠合柱轴压力学性能试验结果进行对比ꎮ图２为极限承载力计算值与试验结果对比曲线ꎬＮｕｃ/Ｎｕｅ的平均值为０９４１ꎬ均方差为００６２ꎬ可见有限元模型可较好地预测轴压极限承载力ꎮ图３为轴向荷载－应变关系计算值与试验结果对比曲线ꎬ通过对比发现有限元模型可较好地预测空心钢管混凝土叠合柱轴向荷载－应变关系曲线的发展趋势ꎮ图２㊀极限承载力计算值与试验结果对比Ｆｉｇ２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｖａｌｕｅａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｏｆｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ图３㊀轴向荷载－应变关系计算值与试验结果对比Ｆｉｇ３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｓｏｆａｘｉａｌｌｏａｄ￣ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ１.３㊀耐火性能验证为验证中空钢管混凝土叠合长柱有限元分析模型的正确性ꎬ与Ｈ.Ｌｕ[７]均匀受火方套圆中空夹层钢管混凝土柱和唐贵和[２４]三面受火方钢筋混凝土柱温度场试验数据进行了对比ꎻ与Ｈ.Ｌｕ[７]均匀受火方套圆中空夹层钢管混凝土柱和周侃[５]均匀受火方套圆钢管混凝土叠合柱耐火极限试验数据进行对比ꎮ图４为温度－时间关系计算值与试验结果对比曲线ꎬ试件ＳＣ１在ｄ＝６５ｍｍ时的温６１８㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷差稍大ꎬ这可能是因试件中空部分密封不好导致ꎬ且对于方套圆截面的计算值偏于安全ꎮ图５为轴向位移－时间关系计算与试验结果对比曲线ꎬ可见试件ＳＣ１耐火极限计算值偏安全ꎬ试件Ｓ０￣２耐火极限吻合较好ꎮ故有限元模型可较好地预测三面受火作用下方套圆组合结构柱的耐火性能ꎬ且计算值偏于安全ꎮ图４㊀温度－时间关系计算值与试验结果对比Ｆｉｇ４㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ￣ｔｉｍｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ图５㊀轴向位移－时间关系计算与试验曲线对比Ｆｉｇ５㊀Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ￣ｔｉｍｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｅｓｔｃｕｒｖｅｓ２㊀受力机理分析典型构件设计参数为ＢˑＤˑｔˑＬ＝３００ｍｍˑ１５０ｍｍˑ７５ｍｍˑ３８００ｍｍ㊁火灾荷载比ｎ＝０４㊁长细比λ＝４４㊁纵向钢筋为８Φ１８(ｆｙ＝３３５ＭＰａ)㊁钢管牌号为Ｑ３４５(ｆｙｓ＝３４５ＭＰａ)㊁混凝土型号为Ｃ５０(ｆｃｕ＝５０ＭＰａ)㊁箍筋为Φ８＠１００(ｆｙ＝３００ＭＰａ)ꎮ２.１㊀温度－时间曲线图６为中空钢管混凝土叠合长柱测点分布及温度－时间关系曲线ꎮ通过对测点图６㊀温度－时间曲线Ｆｉｇ６㊀Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ￣ｔｉｍｅｃｕｒｖｅｓ第４期张㊀波等:轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究６１９㊀１~５的温度对比发现ꎬ三面受火中空钢管混凝土叠合长柱截面温度从受火面到背火面有逐渐下降的趋势ꎬ钢管表面的温度要低于外围混凝土温度ꎬ说明外围钢筋混凝土对钢管起到了保护作用ꎮ２.２㊀轴向位移－时间曲线图７为三面受火中空钢管混凝土叠合长柱的轴向位移－时间关系曲线ꎮ三面受火中空钢管混凝土叠合柱变形主要分为３个阶段:①膨胀阶段ꎬ火灾作用初期ꎬ构件外部温度逐渐升高ꎬ随着温度升高ꎬ外部材料发生劣化ꎬ产生轴向膨胀变形ꎻ②加速变形阶段ꎬ火灾作用中后期ꎬ构件内部温度不断升高ꎬ材料劣化速率迅速增加ꎬ此时材料的压缩变形高于构件的轴向膨胀变形ꎻ③破坏阶段ꎬ火灾作用末期ꎬ构件材料劣化达到临界ꎬ构件所能承受的有效荷载小于轴向外荷载ꎬ此时构件的轴向压缩变形急速增快ꎬ轴向变形与受火时间关系曲线近似垂线ꎮ图７㊀轴向位移－时间曲线Ｆｉｇ７㊀Ａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｉｍｅｃｕｒｖｅｓ２.３㊀破坏模态图８为中空钢管混凝土叠合长柱的破坏模态ꎮ由图可见ꎬ轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱发生了压弯破坏ꎬ从整体破坏模态上看ꎬ构件具体表现为弯曲ꎬ柱中侧向挠度最大ꎬ破坏发生在柱中最大侧向挠度处ꎬ此区域内混凝土极易压溃㊁开裂ꎮ图８㊀典型构件破坏模态Ｆｉｇ８㊀Ｔｙｐｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ２.４㊀应变分布图９为中空钢管混凝土叠合长柱在常温和升温时柱中截面混凝土纵向塑性应变分布ꎮ由图可见ꎬ常温加载结束时刻ꎬ因荷载比较小ꎬ未出现纵向塑性应变ꎻ在升温破坏时刻ꎬ因加载时考虑了初始偏心距以及温度场的不均匀分布产生的附加偏心距ꎬ柱中纵向塑性应变主要出现在高温受压区和低温受拉区ꎬ且呈偏心分布ꎬ此区域内的混凝土极易发生压溃㊁开裂ꎮ２.５㊀应力变化图１０为中空钢管混凝土叠合长柱在常温和升温时柱中截面混凝土纵向应力分布ꎮ由图可见ꎬ常温加载结束时刻ꎬ在考虑１/１０００Ｌ初始偏心距下ꎬ混凝土纵向应力呈条带分布ꎻ升温破坏时刻ꎬ因受火面材料劣化程度较大ꎬ混凝土纵向压应力主要集中在受压区６２０㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷靠近钢管温度相对较低处ꎬ混凝土纵向拉应力主要集中在靠近背火面温度相对较低处ꎮ图９㊀柱中截面混凝土纵向塑性应变分布图Ｆｉｇ９㊀Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｃｏｌｕｍｎｓｅｃｔｉｏｎ图１０㊀柱中截面混凝土纵向应力分布图Ｆｉｇ１０㊀Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｃｏｌｕｍｎｓｅｃｔｉｏｎ２.６㊀内力变化图１１为轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱各组成部分轴力－时间关系曲线ꎮ在常温加载结束时刻(ｔ＝０)ꎬ混凝土㊁纵筋和钢管分担的内力分别占外荷载的６６１１％ꎬ１０７１％和２３１８％ꎮ在火灾作用初期ꎬ外围混凝土和纵筋的温度远高于截面内部钢管ꎬ高温下混凝土和纵筋热膨胀变形图１１㊀各组成部分的轴力－时间关系Ｆｉｇ１１㊀Ａｘｉａｌｆｏｒｃｅ￣ｔｉｍｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔ更大ꎬ其强度在火灾作用初期损失较小ꎬ分担的内力增大ꎮ在火灾作用中后期ꎬ混凝土和纵筋的温度不断升高ꎬ高温导致其强度损失严重ꎬ而钢管受混凝土热惰性保护ꎬ其温度较低ꎬ混凝土和纵筋卸载下来的内力由钢管分担ꎬ钢管分担的内力增大ꎮ在升温破坏时刻(ｔ＝８３８７ｍｉｎ)ꎬ混凝土㊁纵筋和钢管分担的内力分别占外荷载的５０９８％ꎬ１３４９％和３５５３％ꎮ２.７㊀两种柱的耐火性能比较中空钢管混凝土叠合柱可看成由钢管和外围钢筋混凝土叠合而成的一种组合构件ꎮ为了解此类组合构件在三面受火作用下是否比中空钢筋混凝土柱的力学性能更优秀ꎬ根据典型算例的设计参数ꎬ建立了无钢管的中空钢筋混凝土柱的耐火性能有限元计算模型ꎮ图１２为中空钢筋混凝土柱与中空钢管混凝土叠合柱在三面受火作用下的轴向位移－时间关系曲线对比ꎮ从图中可以看到ꎬ中空钢管混凝土叠合柱的耐火极限明显高于中空钢筋混凝土柱ꎬ这是因为位于截面核心第４期张㊀波等:轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究６２１㊀的钢管受外围混凝土的包裹ꎬ钢管在高温下的劣化程度远远小于外围混凝土ꎬ使混凝土卸载下来的荷载逐渐转移到截面核心位置的钢管上ꎬ因而ꎬ中空钢管混凝土叠合柱具有更好的耐火性能ꎮ图１２㊀时间曲线对比Ｆｉｇ１２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｘｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ￣ｔｉｍｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｃｏｌｕｍｎｓ３㊀参数分析空心率(χ)㊁截面边长(Ｂ)㊁长细比(λ)㊁荷载比(ｎ)等参数对轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火极限的影响如图１３所示ꎮ图１３㊀参数对耐火极限的影响Ｆｉｇ１３㊀Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ３.１㊀空心率从图１３中看出ꎬ空心率对耐火极限的影响较弱ꎬ空心率为２０％时ꎬ中空钢管混凝土叠合长柱的耐火极限最低ꎮ故从实际应用和安全的角度出发ꎬ空心率设定为２０％ꎮ３.２㊀截面边长耐火极限与截面边长成正比ꎬ随着截面边长的增加ꎬ基于混凝土的热惰性ꎬ导致温度向截面内传递变慢ꎬ延缓了截面内部升温ꎬ当截面边长由３００ｍｍ增加至６００ｍｍ㊁９００ｍｍ和１２００ｍｍ时ꎬ耐火极限增加了１３１８３％㊁２２１８１％和３１２０２％ꎮ３.３㊀长细比耐火极限与长细比成反比ꎮ当长细比由２２增加至４４和６６时ꎬ耐火极限分别降低了２５４６％和６２７７％ꎮ随长细比增加ꎬ构件破坏形式由材料劣化引起的轴压破坏变为由刚度迅速下降引起的压弯破坏ꎮ３.４㊀荷载比耐火极限与荷载比成反比ꎮ随着荷载比的６２２㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷增加ꎬ构件内混凝土和钢材允许劣化程度越小ꎬ当荷载比由０４增加至０５㊁０６和０７时ꎬ耐火极限分别降低了３９０３％㊁６５７１％和８５５４％ꎮ故荷载比越大ꎬ构件的耐火极限越小ꎮ４㊀实用计算方法在参数分析的基础上ꎬ对此类构件的耐火极限进行基于非线性回归方法的曲线拟合ꎮ试件设计基本参数同典型构件设计参数ꎬ参数范围取ｎ为０４~０７㊁λ为２２~６６㊁Ｂ为３００~１２００ｍｍꎮ对轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱的耐火极限简化计算ꎬ得到:ｔＲ＝(－００３１Ｂ２＋８５１１８Ｂ－１４４２３９５４)ˑλ－０７８６(１－ｎ)３９３６＋６４２２.(１)式中:λ＝２３ＬＢꎮ㊀㊀图１４为笔者提出的耐火极限简化计算公式计算值与有限元模型结果对比ꎬ两者比值的平均值为０９４０３ꎬ均方差为０１４３７ꎬ可见两者吻合程度较好ꎮ图１４㊀耐火极限计算值与有限元结果对比Ｆｉｇ１４㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｉｍｉｔｓａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ５㊀结㊀论(１)因材料高温劣化和温度不均匀分布ꎬ轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱随着受火时间增加ꎬ轴向荷载逐渐向内部钢管转移ꎬ截面内力发生重分布ꎬ在升温破坏时刻构件柱均发生压弯破坏ꎬ与长细比无关ꎮ(２)在轴向荷载和三面受火共同作用下ꎬ中空钢管混凝土叠合柱比中空钢筋混凝土柱具有更好的耐火性能ꎮ(３)提出的耐火极限简化公式计算值与有限元计算结果吻合较好ꎮ参考文献[１]㊀李国强ꎬ韩林海.结构抗火研究进展与趋势[Ｊ].建筑钢结构进展ꎬ２００６(１):１－１３.㊀(ＬＩＧｕｏｑｉａｎｇꎬＨＡＮＬｉｎｈａｉ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｉｒｅ￣ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ[Ｊ].Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ２００６(１):１－１３.)[２]㊀韩林海ꎬ宋天诣.钢－混凝土组合结构抗火设计原理[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２０１２.㊀(ＨＡＮＬｉｎｈａｉꎬＳＯＮＧＴｉａｎｙｉ.Ｆｉｒｅｓａｆｅｔｙｄｅｓｉｇｎｔｈｅｏｒｙｏｆｓｔｅｅｌ￣ｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓꎬ２０１２.)[３]㊀项凯ꎬ王国辉ꎬ赵璧.圆形截面钢管混凝土叠合柱耐火性能试验研究[Ｊ].消防科学与技术ꎬ２０１３ꎬ３２(１２):１３１１－１３１４.㊀(ＸＩＡＮＧＫａｉꎬＷＡＮＧＧｕｏｈｕｉꎬＺＨＡＯＢｉ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｌａｍｉｎａｔｅｄｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｒｏｕｎｄｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎａｌｓｔｅｅｌｐｉｐｅｓ[Ｊ].Ｆｉｒｅｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１３ꎬ３２(１２):１３１１－１３１４.)[４]㊀ＸＵＬꎬＬＩＵＹＢ.Ｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ(ＣＦＳＴＲＣ)ｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏＩＳＯ￣８３４ｓｔａｎｄａｒｄｆｉｒｅ:ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ[Ｊ].Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１３ꎬ１６(７):１２６３－１２８２[５]㊀周侃.钢管混凝土叠合柱－ＲＣ梁节点耐火性能研究[Ｄ].北京:清华大学ꎬ２０１７.㊀(ＺＨＯＵＫａｎ.Ｆｉｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｅｎｃａｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎ￣ＲＣｂｅａｍｊｏｉｎｔｓ[Ｄ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１７.)[６]㊀侯舒兰.均匀受火下钢管混凝土叠合柱耐火性能研究[Ｄ].北京:清华大学ꎬ２０１４.㊀(ＨＯＵＳｈｕｌａｎ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｅｎｃａｓｅｄＣＦＳＴｃｏｌｕｍｎｏｎａｌｌｓｉｄｅｓ[Ｄ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１４.)[７]㊀ＬＵＨꎬＺＨＡＯＸＬꎬＨＡＮＬＨ.ＦＥｍｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｄｏｕｂｌｅｓｋｉｎｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｓ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｓｔｅｅｌｒｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１１ꎬ６７(１１):１７３３－１７４８.[８]㊀吕学涛ꎬ杨华ꎬ张素梅.非均匀火灾作用下方钢管混凝土柱受力机理研究[Ｊ].建筑结构学报ꎬ２０１３ꎬ３４(３):３５－４４.㊀(ＬüＸｕｅｔａｏꎬＹＡＮＧＨｕａꎬＺＨＡＮＧＳｕｍｅｉ.Ｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｑｕａｒｅｈｏｌｌｏｗｃｏｌｕｍｎｓｉｎｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｆｉｒｅｓ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１３ꎬ３４(３):３５－４４.)[９]㊀叶友林ꎬ孙雅珍ꎬ张玉琢.三面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限研究[Ｊ].沈阳建第４期张㊀波等:轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究６２３㊀筑大学学报(自然科学版)ꎬ２０２０ꎬ３６(４):６０３－６１１.㊀(ＹＥＹｏｕｌｉｎꎬＳＵＮＹａｚｈｅｎꎬＺＨＡＮＧＹｕｚｈｕｏ.Ｓｔｕｄｙｏｎｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｓｑｕａｒｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｎｆｉｎｅｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｅｘｐｏｓｅｄｔｏｔｈｒｅｅ￣ｓｉｄｅｆｉｒｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇｊｉａｎｚｈｕｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ｎａｔｕｒａｌｓｃｉｅｎｃｅ)ꎬ２０２０ꎬ３６(４):６０３－６１１.)[１０]张玉琢ꎬ陈新华ꎬ张冠华ꎬ等.钢管约束钢筋再生混凝土柱三面受火下的耐火极限[Ｊ].沈阳建筑大学学报(自然科学版)ꎬ２０２１ꎬ３７(１):８６－９４.㊀(ＺＨＡＮＧＹｕｚｈｕｏꎬＣＨＥＮＸｉｎｈｕａꎬＺＨＡＮＧＧｕａｎｈｕａꎬｅｔａｌ.Ｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｅｃｙｃｌｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｃｏｎｆｉｎｅｄｂｙｓｑｕａｒｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅ￣ｓｕｒｆａｃｅｆｉｒｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇｊｉａｎｚｈｕｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ｎａｔｕｒａｌｓｃｉｅｎｃｅ)ꎬ２０２１ꎬ３７(１):８６－９４.)[１１]王明涛.非均匀受火条件下钢管混凝土叠合柱火灾全过程力学性能研究[Ｄ].兰州:兰州理工大学ꎬ２０１４.㊀(ＷＡＮＧＭｉｎｇｔａｏ.Ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｆｉｒｅｓｂａｓｅｄｏｎｏｖｅｒａｌｌｓｔａｇｅｆｉｒｅ[Ｄ].Ｌａｎｚｈｏｕ:ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４.)[１２]ＸＵＬꎬＷＡＮＧＭＴꎬＢＡＯＹＨꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ(ＣＦＳＴＲＣ)ｃｏｌｕｍｎｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏ３￣ｓｉｄｅｆｉｒｅ[Ｊ].Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１７ꎬ１７(４):１５１５－１５２８.[１３]张玉琢ꎬ吕学涛ꎬ刘发起ꎬ等.三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限分析[Ｊ].建筑结构学报ꎬ２０１９ꎬ４０(增刊１):１５２－１６２.㊀(ＺＨＡＮＧＹｕｚｈｕｏꎬＬüＸｕｅｔａｏꎬＬＩＵＦａｑｉꎬｅｔａｌ.Ｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｄｏｕｂｌｅｓｋｉｎｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｓｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅ￣ｓｉｄｅｄｆｉｒｅ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１９ꎬ４０(Ｓ１):１５６－１６２.)[１４]韩林海ꎬ牟延敏ꎬ王法承ꎬ等.钢管混凝土混合结构设计原理及其在桥梁工程中的应用[Ｊ].土木工程学报ꎬ２０２０ꎬ５３(５):１－２４.㊀(ＨＡＮＬｉｎｈａｉꎬＭＵＹａｎｍｉｎꎬＷＡＮＧＦａｃｈｅｎｇꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎｔｈｅｏｒｙｏｆＣＦＳＴ(Ｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ＦｉｌｌｅｄＳｔｅｅｌＴｕｂｕｌａｒ)ｍｉｘｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ[Ｊ].Ｃｈｉｎａｃｉｖｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｊｏｕｒｎａｌꎬ２０２０ꎬ５３(５):１－２４.)[１５]刘东坡.火灾下钢管混凝土叠合柱轴压性能非线性分析[Ｄ].西安:长安大学ꎬ２００７.㊀(ＬＩＵＤｏｎｇｐｏ.Ｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｘｉａｌｌｙｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｌｕｍｎｓｆｉｌｌｅｄ(ＣＦＳＴ)ｕｎｄｅｒｆｉｒｅ[Ｄ].Ｘｉᶄａｎ:ＣｈａｎｇᶄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００７.)[１６]周君.内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱常温及火灾后轴压性能研究[Ｄ].杭州:浙江大学ꎬ２００６.㊀(ＺＨＯＵＪｕｎ.Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｏｌｕｍｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｉｎｎｅｒｃｉｒｃｕｌａｒｓｔｅｅｌｔｕｂｅｓｕｎｄｅｒａｘｉａｌｆｏｒｃｅｉｎｎｏｒｍａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｆｔｅｒｆｉｒｅ[Ｄ].Ｈａｎｇｚｈｏｕ:ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００６.)[１７]杨力ꎬ包延红.方套方形钢管混凝土叠合柱单面受火下的力学性能分析[Ｊ].建筑科学ꎬ２０２３ꎬ３９(５):４３－５３.㊀(ＹＡＮＧＬｉꎬＢＡＯＹａｎｈｏｎｇ.Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｑｕａｒｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅ￣ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ(ＳＴ￣ＲＣ)ｃｏｌｕｍｎｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｏｎｅ￣ｓｉｄｅｓｆｉｒｅ[Ｊ].Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０２３ꎬ３９(５):４３－５３.)[１８]张玉琢ꎬ李晓婷ꎬ吕学涛.三面受火方中空夹层钢管再生混凝土柱耐火极限[Ｊ].消防科学与技术ꎬ２０１９ꎬ３８(６):７５３－７５６.㊀(ＺＨＡＮＧＹｕｚｈｕｏꎬＬＩＸｉａｏｔｉｎｇꎬＬüＸｕｅｔａｏ.Ｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｄｏｕｂｌｅｓｋｉｎｔｕｂｅｓｃｏｌｕｍｎｓｅｘｐｏｓｅｄｔｏｔｈｒｅｅ￣ｓｉｄｅｆｉｒｅ[Ｊ].Ｆｉｒｅｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ３８(６):７５３－７５６.)[１９]毛文婧ꎬ王文达ꎬ王景玄.三面受火的内配型钢方钢管混凝土柱火灾全过程分析[Ｊ].工程力学ꎬ２０１６ꎬ３３(增刊１):１４３－１４９.㊀(ＭＡＯＷｅｎｊｉｎｇꎬＷＡＮＧＷｅｎｄａꎬＷＡＮＧＪｉｎｇｘｕａｎ.Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ￣ｆｉｌｌｅｄｓｑｕａｒｅｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｗｉｔｈｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｏｆｉｌｅｄｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅ￣ｆａｃｅｆｉｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０１６ꎬ３３(Ｓ１):１４３－１４９.)[２０]ＬＩＥＴＴ.Ｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｃｉｒｃｕｌａｒｓｔｅｅｌｃｏｌｕｍｎｓｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｂａｒ￣ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ１９９４ꎬ１２０(５).１４８９－１５０９.[２１]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局ꎬ中国国家标准化管理委员会.建筑构件耐火试验方法第１部分:通用要求:ＧＢ/Ｔ９９７８.１２００８[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２００８.㊀(ＧｅｎｅｒａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＱｕａｌｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎꎬＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＱｕａｒａｎｔｉｎｅｏｆｔｈｅＰｅｏｐｌｅᶄｓＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆＣｈｉｎａꎬＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰｅｏｐｌｅᶄｓＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆＣｈｉｎａ.Ｆｉｒｅ￣ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｅｓｔｓ￣Ｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ￣Ｐａｒｔ１:ｇｅｎｅｒａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ:ＧＢ/Ｔ９９７８.１２００８[Ｓ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＣｈｉｎａＳｔａｎｄａｒｄＰｒｅｓｓꎬ２００８.) 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中空夹层钢管再生混凝土柱抗火性能分析

(3)热膨胀系数％。
0%和100%取代率:
-0.015 + 0.000 75T 20r<T<500tt —• -0.84 +0.002 4T 500^<7<600^ (5)
.0.12 +0.000 Байду номын сангаасT 600覽<丁<800贮
50%取代率：
>0.017 5 + 0.000 875T 20^<7<500^ -0.93 +0.002 7T 500t<T<600t (6)
关键词：中空夹层钢管混凝土；再生混凝土；耐火极限；取代率；空心率
中图分类号：X932,TU52&59 文献标志码：A 文章编号：1009-0029(2019)10-1362-06
再生混凝土是釆用废弃混凝土破碎加工形成的再生粗骨料替换天然骨料而制成的混凝土。为了推广应用再生混凝土，有效提高废旧混凝土的回收再利用效率，提出了圆套圆中空夹层钢管再生混凝土柱。对于钢管外露结构构件，抗火性能是其推广应用的关键。所以对中空夹层钢管再生混凝土构件抗火性能的研究具有重要意义。
ISO 834标准升温火灾作用下的构件温度场分布，之后将温度场计算结果导入到力学场模型中，这样就可以进行火
灾下耐火极限的计算。
1.1温度场模型
在高温下时，环境与构件表面进行热量交换的方式主
要有热对流和热辐射，导热过程为瞬态导热。内外钢管的
热工参数选用Lie和Stringer建议的表达式计算。再生
混凝土的热工参数采用建议的表达式，具体表达式见式
粗骨料取代率钢管再生混凝土与钢管普通混凝土在高温下的耐火极限有显著差别。
综上所述，钢管外露再生混凝土构件在抗火性能方面与天然骨料混凝土构件有所区别，不能直接套用已有的设

方钢管中空夹层混凝土柱抗压试验分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈａｘｉａｌｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｔｅｓｔｏｆ４ＣＦＤＳＴｈｏｌｌｏｗｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓｉｎｓｑｕａｒｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅｓ，ｔｈｅｉｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｌｏａｄ —ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌｅｆｘｕｒａｌｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｍａｉｎｆｏｒｍｏｆｄａｍａｇｅｏｆＣＦＤＳＴｓｑｕａｒｅｈｏｌｌｏｗｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｌｕｍｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＲｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＣＦＤＳＴｈｏｌｌｏｗｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｑｕｒｅａｓｔｅｅｌｔｕｂｅｓｃｏｌｕｍｎｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｂｅａｒｉｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ ‘ ｕ—ｂｉｎ，ＺＨＯＵＸｉａｏ—ｈｕｉ

再生混凝土耐高温性能及构件抗火分析

再生混凝土耐高温性能及构件抗火分析再生混凝土是将废弃混凝土破碎后取代天然骨料而制成的一种绿色建筑材料,将其推广应用到建筑结构,可有效解决天然资源匮乏与建筑垃圾日益增多等问题。

目前,再生混凝土已成为建筑材料研究热点,但绝大多数研究集中在常温性能方面,对再生混凝土高温热工性能及高温下基本力学性能的研究基本处于空白状态,对再生混凝土高温后基本力学性能、火灾下钢筋再生混凝土构件温度场、耐火极限以及火灾后剩余力学性能的研究还不完善。

基于上述问题,本文将对再生粗骨料混凝土材料的高温性能和由再生混凝土构成的板、梁、柱三类构件在火灾下与火灾后力学性能进行系统研究,具体开展了以下几方面工作:(1)以温度和再生粗骨料取代率为主要参数,对20~800oC温度范围内三种不同粗骨料取代率的再生混凝土的导热系数、比热与热膨胀进行了试验研究。

基于试验结果,提出了不同取代率的再生混凝土高温导热系数、比热与热膨胀的简化计算公式。

(2)进行了90个再生混凝土棱柱体高温下单轴受压力学性能试验,研究了温度、取代率与水灰比对高温下再生混凝土轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响。

基于试验结果,建议了高温下再生混凝土轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变的计算公式,建立了高温下再生混凝土的受压应力-应变关系模型。

(3)以温度、取代率、水灰比和冷却方式为主要参数,进行了360个再生混凝土立方体试块高温后强度试验研究,获得了不同冷却方式下再生混凝土立方体抗压强度、自然冷却方式下再生混凝土立方体劈裂抗拉强度。

基于试验结果,建议了高温后再生混凝土立方体抗压强度(自冷、水冷)和劈裂抗拉强度折减公式。

(4)进行了150个再生混凝土棱柱体高温后单轴受压力学性能试验研究,考察了温度、取代率与水灰比对高温后再生混凝土棱柱体轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响。

基于试验结果,建议了高温后再生混凝土棱柱体轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变计算公式,提出了高温后再生混凝土受压应力-应变关系模型。

火灾下钢筋混凝土柱的极限承载力研究

火灾下钢筋混凝土柱的极限承载力研究一、研究背景火灾是建筑物安全的重要威胁之一。

当火灾发生时，钢筋混凝土结构的热应力会导致结构性能的退化，从而影响其极限承载力。

因此，研究火灾下钢筋混凝土柱的极限承载力具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、研究方法本研究采用数值模拟方法，通过ANSYS软件进行模拟分析，分析火灾对钢筋混凝土柱极限承载力的影响，并对模拟结果进行验证。

三、研究内容1. 钢筋混凝土柱的结构特点钢筋混凝土柱是由混凝土和钢筋构成的，具有强度高、刚度大、耐久性好等特点。

其截面形状多为圆形、方形或矩形，常用于建筑物的支撑结构。

2. 火灾下钢筋混凝土柱的受力分析在火灾发生时，钢筋混凝土柱的受力状态会发生变化。

其热应力会导致混凝土的强度和刚度降低，同时钢筋的强度也会受到影响。

因此，钢筋混凝土柱在火灾下的极限承载力会发生变化。

3. 数值模拟分析本研究采用ANSYS软件进行数值模拟分析，通过建立钢筋混凝土柱的有限元模型，模拟火灾下钢筋混凝土柱的受力状态，并分析其极限承载力的变化规律。

4. 结果分析通过数值模拟分析，本研究得出了火灾下钢筋混凝土柱的极限承载力与火灾温度、钢筋直径、混凝土强度等因素的关系。

结果表明，随着火灾温度的升高，钢筋混凝土柱的极限承载力不断下降；钢筋直径的增加可以提高钢筋混凝土柱的极限承载力；混凝土强度的提高可以提高钢筋混凝土柱的极限承载力。

5. 结论本研究通过数值模拟分析，深入研究了火灾下钢筋混凝土柱的极限承载力，并得出了其与火灾温度、钢筋直径、混凝土强度等因素的关系。

研究结果对于建筑物的防火设计提供了理论依据和实践指导。

四、研究前景钢筋混凝土结构是现代建筑中广泛使用的结构形式之一。

随着建筑物的不断发展，火灾防护问题越来越受到人们的重视。

因此，对于火灾下钢筋混凝土结构的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

未来，可以通过实验和数值模拟相结合的方法，深入研究火灾下钢筋混凝土结构的极限承载力，为建筑物的防火设计提供更加科学的依据。

中空夹层方钢管混凝土柱的试验性能研究与数值模拟的开题报告

中空夹层方钢管混凝土柱的试验性能研究与数值模拟的开题报告一、选题背景与意义混凝土柱是建筑结构中常见的构件之一，其承受的荷载是建筑整体荷载的主要负载之一。

而中空夹层方钢管混凝土柱相比传统的混凝土柱具有较好的抗震性能和抗弯承载能力，特别是在高层建筑和桥梁结构中得到了广泛应用。

因此，对中空夹层方钢管混凝土柱的试验性能和数值模拟研究具有十分重要的意义。

二、研究内容和方法本研究的主要内容是对中空夹层方钢管混凝土柱进行试验性能分析和数值模拟。

其中，试验部分涉及材料力学性质测试、柱体受力性能试验以及获取柱体的破坏模式和荷载-位移曲线等数据。

数值模拟部分主要是使用有限元软件进行柱体的受力分析和破坏模式模拟，分析各个构件的应力分布特征，进一步探究试验结果，并验证预测模型的准确性。

三、预期研究成果本研究将深入探究中空夹层方钢管混凝土柱的试验性能和数值模拟，并提出改进方案和应用建议，以期在建筑结构领域得到实际应用。

预期研究成果为：1. 得到中空夹层方钢管混凝土柱的受力性能和破坏特征数据。

2. 创建中空夹层方钢管混凝土柱的有限元模型，分析各个构件的应力分布特征。

3. 通过对试验结果和数值模拟结果进行比较，验证模型的准确性。

4. 提出相关的改进措施和应用建议，为建筑结构的设计和施工提供参考。

四、论文结构本文主要分为五个部分：第一章：选题背景和意义第二章：文献综述和研究现状第三章：中空夹层方钢管混凝土柱的试验性能研究第四章：中空夹层方钢管混凝土柱的数值模拟研究第五章：结论和建议五、预期贡献本研究将深入探究中空夹层方钢管混凝土柱的试验性能和数值模拟，在建筑结构领域得到实际应用。

同时，本研究的结果将为相关建筑结构设计和施工提供新的思路和建议，为建筑结构的安全提供新的保障。

中空夹层钢管混凝土柱极限承载力研究

中空夹层钢管混凝土柱极限承载力研究
赵均海;魏锦
【期刊名称】《中国科技论文》
【年(卷),期】2007(002)009
【摘要】基于双剪统一强度理论,充分考虑了中间主应力,推导出圆中空夹层钢管混凝土轴心受压构件的承载力的计算式,并推广到内圆外方中空夹层钢管混凝土,得到了统一的承载力计算式,将计算结果与文献资料的试验数据进行对比,结果吻合良好,验证了统一强度理论对中空夹层钢管混凝土柱的理论计算的适用性,为其优化设计提供了可靠的理论依据.
【总页数】5页(P688-692)
【作者】赵均海;魏锦
【作者单位】长安大学建筑工程学院,西安,710061;长安大学建筑工程学院,西安,710061
【正文语种】中文
【中图分类】TU398.9
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