钢管混凝土轴心受压柱高温效应分析

论文摘要

火灾日益成为各种灾害之首,对社会的生命财产安全造成巨大危害。桥梁与建筑结构防火已逐渐受到各方面的重视,因此研究和寻找及其耐火的结构非常重要。钢管混凝土结构是一种新型组合结构,其受力特点是钢管与混凝土之间相互作用,钢管约束混凝土纵横发展,混凝土的轴压承载力、延性都有所增加,受力性能优于两种材料单独作用。钢管混凝土柱火灾下承载能力随火烧时间延长而降低,但是承载能力还是优于两种材料形成的结构单独的承载能力。因此,研究钢管混凝土柱温度场分布是关键。本文针对圆钢管混凝土柱在火灾条件下的受力性能及抗火设计方法进行了理论分析。主要工作介绍如下：(1)在分析了钢管和混凝土两种材料的热工性能和受力性能的基础上,确定了钢管和混凝土在火灾条件下的热工性能的指标和力学性能的指标,建立了考虑了钢管和混凝土之间相互作用的钢混组合结构两种材料间的力一热耦合的本构关系模型,本模型考虑了钢管和混凝土之间相互作用。(2)在系统总结国内外关于混凝土和钢材热工参数的基础上,通过有限元方法计算了钢管混凝土柱在火灾时截面温度场的分布和变化趋势,并分析了影响截面温度场的各种因素,包括：混凝土类型、截面尺寸和保护层钢管厚度等。计算表明,理论计算与试验结果吻合良好。(3)确定了圆管混凝土柱火灾条件下的理论分析模型,对圆形钢管混凝土柱的火灾下承载能力及对影响圆钢管混凝土柱耐火极限的参数进行了分析。通过计算发现构件含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度、截面尺寸以及构件长细比对钢管混凝土轴心受压柱高温后力学性能影响较大,保护层厚度相对影响较小。本文研究成果,对此类钢管混凝土柱抗火设计有一定的参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 钢管混凝土简介
• 1.2.1 钢管混凝土构件特征
• 1.2.2 钢管混凝土的研究现状及其在桥梁中应用
• 1.3 国内外相关课题研究现状
• 1.3.1 结构抗火研究现状
• 1.3.2 钢管混凝土柱抗火研究现状
• 1.4 本文研究的目的、方法和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究方法
• 1.4.3 主要内容
• 第二章 传热学基本原理及计算方法
• 2.1 标准升温曲线
• 2.2 传热学基本原理
• 2.2.1 热传递方式
• 2.2.2 热传导方程及其定解条件
• 2.3 材料的热工性能
• 2.3.1 钢材的热工性能
• 2.3.2 钢材的高温力学性能
• 2.3.3 混凝土的热工性能
• 2.3.4 混凝土的高温力学性能
• 2.4 基于材料热工性能的温度场求解方法
• 2.5 建模方式
• 2.6 瞬态分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 截面温度场影响参数分析
• 3.1 截面温度场计算
• 3.1.1 圆柱半截面温度分布及影响参数分析
• 3.1.2 圆柱全截面温度分布及影响参数分析
• 3.1.3 半截面与全截面温度分布及影响参数比较
• 3.2 本章小结
• 第四章 钢管混凝土柱承载能力及影响参数分析
• 4.1 引言
• 4.2 火灾后构件的轴压-承载力
• 4.2.1 承载力的计算理论依据及判定标准
• 4.2.2 火灾后剩余承载力-变形典型曲线
• 4.3 圆钢管混凝土柱承载能力及耐火性能参数分析
• 4.3.1 构件含钢率的影响
• 4.3.2 钢材屈服强度的影响
• 4.3.3 混凝土强度的影响
• 4.3.4 构件截面尺寸对构件耐火极限的影响
• 4.3.5 构件长细比的对构件耐火极限的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢