内置钢管高强混凝土芯柱的十字形异形柱耐火性能试验研究
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!亚热带建筑科学国家重点实验室开放课题#亚热带建筑科学国家 重点实验室自主研究课题& 第一作者’杨勇"男"58W1 年出生"博士后教授"博士生导师& 电 子 信 箱 ’HHCCL3440 U517/-,M 收稿日期’345T V54 V34
工业建筑63451 年第 01 卷第 3 期
火性能研究尚鲜见报道& 作者通过对 3 个十字形组 合异形柱足尺试件的耐火试验和 5 个十字形组合异 形柱足尺试件的常温下轴压对比试验"对组合异形 柱结构的耐火性能开展研究&
6
’K耐火试验 ’&$ K 试 验 装 置
耐火试验于试件浇筑制作 完 成 54 个月后"在苏 州科技学院江苏省结构工程重点实验室进行& 火灾 试验炉炉腔的净尺寸为 7 Mj3 Mj7/7 M& 炉 体设 计 升 温 能 力 5 344 r" 最 长 的 升 温 时 间 可 达 304 M(""最大加载能力 0 444 S2& 试验装置见图 0& 炉内温度由 T 根铠装式热电偶测控& 图 T 为试件 <V5试验过程中炉内实测升温曲线 与 !]bQ70 标准 升温曲线对比"二者吻合很好&
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现代钢结构
99999999:
内置钢管高强混凝土芯柱的十字形异形柱 耐火性能试验研究!
杨6勇5!3 6赵登攀5 6邓6辉5
!5O西安建筑科技大学土木工程学院" 西安6W544TT# 3O华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室" 广州6T54104$
66摘6要! 为提高钢筋混凝土十字形异形柱受力性能"在钢筋混凝土十字形异形柱中设置钢管高强混凝土 芯柱"形成内置钢管高强混凝土芯柱的十字形组合异形柱结构& 通过对 3 个足尺十字形组合异形 柱 试件 在 !]bQ70 标准升温过程下的明火耐火试验和 5 个组合异形柱试件在常温下的轴压性能试验"分析内置芯柱%箍 筋间距对组合异形柱在高温下的破坏形态%轴向变形和耐火极限的影响规律& 试验研究结果表明’处于试件 内部的内置钢管高强混凝土芯柱对十字形异形柱的耐火极限有很大提高"而箍筋间距对组合异形柱的耐火 极限影响不大& 66关键词! 组合异形柱# 钢管高强混凝土# 芯柱# 耐火试验# 耐火极限 66!"#’ $%&$’(%) *+,-.+/(%$0%(%(L
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抗压强度均值为 548/1 BX)"钢管外部混凝土试验
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6
表 $K试件参数与试验结果
6D@MG$K4SNNDC. IRAOGEPNGQODCDNGBGCADQ受 荷 初 期 "变 形 和 形 态 均 变 化 不
大 "没 有出 现明 显 的 裂 缝#当 荷 载 增 加 至 极 限 荷 载 的 W4g左右时"表面混 凝土开 始出现明 显的细 微 裂 缝 #继 续 加 载 至 极 限 荷 载 的 Q4 g l84 g 时 "裂 缝 数量增加"并伴随有混凝土开裂的+ 吱吱, 声响#达 到 极 限 荷 载 时 "柱 上 端 扩 大 头 下 部 约 T44 MM 附 近 的裂缝突然变宽"混凝土剥落"可以看到纵筋屈曲 并向外鼓 出"承 载 力 急 剧 下 降"试 件 破 坏"加 载 终 止 & 试 件 <V7 的 整 体 破 坏 形 态 及 局 部 破 坏 情 况 见图 3&
试件个数和试验结果见表 5"钢材力学性能见表 3&
在各试件截面中心位置处布置钢管高强混凝土
芯柱"钢 管 材 质 为 e37T"钢 管 外 径 为 550 MM"壁 厚 为 0 MM& 钢管内部 高 强 混 凝 土 试 验 时 实 测 立 方 体
5 *$QU344 # 3*0 51 # 7 *$550 j0 # 0*3 51 & 图 56试件截面配筋及热电偶布置示意
图 7 为 轴 压 试 验 的 试 件 轴 力 V变 形 曲 线 & 可 看 出 ’5 $ 在 试 件 承 载 力 陡 然 下 降 前" 轴 向 压 力 V 位移曲线的斜率基本不变"表明试验过程中组合 异形柱 的 刚 度 保 持 稳 定"没 有 出 现 明 显 下 降& 3 $ 常 温 下 试 件 <V7 的 轴 压 承 载 力 为 1 1T4 S2" 而相同截面和配筋的钢筋混凝土异形柱未含内 置钢管高强混凝土芯柱的轴压极限承载力理论 计 算 结 果 约 为 T T44 S2" 组 合 异 形 柱 的 承 载 力 提 高 了 35/4 g &
3a132#<3568:234382=? "5 ;#23]234#46#5> 132;"2<85=3";=2"44] 4?813! ="<1"4#63=":7<5 Y#6? ?#>?]46235>6? ="5=2363] ;#::3! 4633:67V7:82 ! =;46$ ="23=":7<5
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内 置 钢 管 高 强 混 凝 土 芯 柱 的 十 字 形 异 形 柱 耐 火 性 能 试 验 研 究 """ 杨 6 勇 !等
5635
)*整体# P*局部& 图 36试件 <V7 破坏形态 9(>O369)(*$’=L)&&=’" ,E&C=%L=-(M=" <V7
6
图 76轴力 V变形曲线! <V7 $ 9(>O76+$’G=,E)N()**,)# G%O#=E,’M)&(,"
6 6 为 提 高 钢 筋 混 凝 土 异 形 柱 受 力 性 能 "在 钢 筋 混 凝 土异形柱中设置钢管高强混凝土芯柱"形成内置钢管 高强混凝土芯柱的组合异形柱结构(5) & 与钢筋混凝 土异形柱相比"该类组合异形柱由于内置钢管高强混 凝土芯柱"有效 提 高 了 异 形 柱 轴 向 承 载 能 力" 同 时 由 于高强混凝土受钢管约束"不容易发生高强混凝土爆 裂现象"可以有效发挥高强混凝土性能优势(3) & 与普 通钢管混凝土异形柱相比"该类组合异形柱由于钢管 高强混凝土布置于钢筋混凝土中"钢管防火及防腐性 能得到有效改善"还可有效避免钢管在较大荷载作用
实测立方 体 抗 压 强 度 均 值 为 0T/3 BX)& 其 他 尺 寸 及截面配筋详见图 5& 66为测定柱截面温度分布"在柱 5 _3 高度处布置 1 个 铠装式热电偶对截面温度场分布及变化进行测量"热电 偶沿着截面高度由表及里布置在柱的一肢"以测量沿截 面高度温度场的变化"热电偶!)*E$布置详见图 5&
56346!"#$%&’()*+,"%&’$-&(," .,*/01!2,/3!3451
下发生局部屈曲破坏#同时"由于钢管高强混凝土在 工厂预制"混凝 土 强 度 可 以 与 后 浇 混 凝 土 强 度 不 同" 而且避免混凝土不易浇筑等施工问题&
目前"国内外 关 于 钢 筋 混 凝 土 异 形 柱 耐 火 性 能 开展了较多研 究 (7 VQ) "而 关 于 该 类 组 合 异 形 柱 的 抗
$K试件设计 共设计制作了 7 个内置钢管高强混凝土芯柱的十
字形组合异形柱足尺试件"编号分别为 <V5%<V3%<V 7"其中试件 <V5%<V3 用于耐火试验"试件 <V7 用于 常温试验& 异形柱横截面长%宽均为T44 MM"肢宽均为 344 MM"见图 5"柱全长 7 WW4 MM&
各 试 件 中 均 配 置 53 根 51 MM 直 径 纵 筋 ! D?K77T 级钢筋$ "纵 筋 配 筋 率 为 5/T5g& 试 件 柱 身箍 筋 配 置 为 $Q U344 ! DXK744 级 钢 筋 $ " 在 试 件 上%下两端各 11T MM范围内 进 行 箍 筋 加 密"加 密 区 箍筋间距为 T4 MM&
常温轴 压 性 能 试 验 在 东 南 大 学 结 构 实 验 室 54 444S2压力试验机上进行& 试验时采用分级加 载 制"在荷载达到 预 计 极 限 荷 载 的 WTg 以 前"每 级 荷 载为 极 限 荷 载 的 5 _54" 约 为 T44 S2# 当 荷 载 达 到 WTg极限荷 载 后" 每 级 荷 载 调 整 为 极 限 荷 载 的 5 _ 34"约为 3T4 S2& 每级荷载的 持 荷 时 间 为 3 M(""以 使其变形充分开展"试件接近破坏时"采用慢速连续 加载"直至试件最终破坏"加载停止& (&( K 试 验 结 果 及 分 析
1 1T4
表 (K钢材力学性能 6D@MG( K <GETDQPEDMOCIOGCBPGAIRABGGM
BX)
钢材类型 箍筋 纵筋 钢管
屈服强度 715/45 788/QW 754/53
极限强度 011/T3 T1T/T7 05Q/W5
弹性模量 34T T44 5W1 14T 5QQ 535
(K常温轴压试验 (&$ K 试 验 装 置 及 试 验 过 程
<V5 <V3 <V7
混凝土立方体抗压 强 度 .-$ _BX) 0T/3 0T/3 0T/3
箍筋间距 & _MM 544 344 344
轴压比 $
4/0Q 4/0Q
*
受火工况
耐火试验 耐火试验 常温试验
竖向破坏荷载 >E_S2 7 344 7 344
耐火极限 K_M(" 354 58W
常温承载力 >$ _S2
工业建筑63451 年第 01 卷第 3 期
火性能研究尚鲜见报道& 作者通过对 3 个十字形组 合异形柱足尺试件的耐火试验和 5 个十字形组合异 形柱足尺试件的常温下轴压对比试验"对组合异形 柱结构的耐火性能开展研究&
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’K耐火试验 ’&$ K 试 验 装 置
耐火试验于试件浇筑制作 完 成 54 个月后"在苏 州科技学院江苏省结构工程重点实验室进行& 火灾 试验炉炉腔的净尺寸为 7 Mj3 Mj7/7 M& 炉 体设 计 升 温 能 力 5 344 r" 最 长 的 升 温 时 间 可 达 304 M(""最大加载能力 0 444 S2& 试验装置见图 0& 炉内温度由 T 根铠装式热电偶测控& 图 T 为试件 <V5试验过程中炉内实测升温曲线 与 !]bQ70 标准 升温曲线对比"二者吻合很好&
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现代钢结构
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内置钢管高强混凝土芯柱的十字形异形柱 耐火性能试验研究!
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图 7 为 轴 压 试 验 的 试 件 轴 力 V变 形 曲 线 & 可 看 出 ’5 $ 在 试 件 承 载 力 陡 然 下 降 前" 轴 向 压 力 V 位移曲线的斜率基本不变"表明试验过程中组合 异形柱 的 刚 度 保 持 稳 定"没 有 出 现 明 显 下 降& 3 $ 常 温 下 试 件 <V7 的 轴 压 承 载 力 为 1 1T4 S2" 而相同截面和配筋的钢筋混凝土异形柱未含内 置钢管高强混凝土芯柱的轴压极限承载力理论 计 算 结 果 约 为 T T44 S2" 组 合 异 形 柱 的 承 载 力 提 高 了 35/4 g &
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字形组合异形柱足尺试件"编号分别为 <V5%<V3%<V 7"其中试件 <V5%<V3 用于耐火试验"试件 <V7 用于 常温试验& 异形柱横截面长%宽均为T44 MM"肢宽均为 344 MM"见图 5"柱全长 7 WW4 MM&
各 试 件 中 均 配 置 53 根 51 MM 直 径 纵 筋 ! D?K77T 级钢筋$ "纵 筋 配 筋 率 为 5/T5g& 试 件 柱 身箍 筋 配 置 为 $Q U344 ! DXK744 级 钢 筋 $ " 在 试 件 上%下两端各 11T MM范围内 进 行 箍 筋 加 密"加 密 区 箍筋间距为 T4 MM&
常温轴 压 性 能 试 验 在 东 南 大 学 结 构 实 验 室 54 444S2压力试验机上进行& 试验时采用分级加 载 制"在荷载达到 预 计 极 限 荷 载 的 WTg 以 前"每 级 荷 载为 极 限 荷 载 的 5 _54" 约 为 T44 S2# 当 荷 载 达 到 WTg极限荷 载 后" 每 级 荷 载 调 整 为 极 限 荷 载 的 5 _ 34"约为 3T4 S2& 每级荷载的 持 荷 时 间 为 3 M(""以 使其变形充分开展"试件接近破坏时"采用慢速连续 加载"直至试件最终破坏"加载停止& (&( K 试 验 结 果 及 分 析
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钢材类型 箍筋 纵筋 钢管
屈服强度 715/45 788/QW 754/53
极限强度 011/T3 T1T/T7 05Q/W5
弹性模量 34T T44 5W1 14T 5QQ 535
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<V5 <V3 <V7
混凝土立方体抗压 强 度 .-$ _BX) 0T/3 0T/3 0T/3
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耐火试验 耐火试验 常温试验
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