考慮端部約束的方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能研究

《考慮端部約束的方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉發起擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：考慮端部約束的方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉發起

項目摘要

鋼管約束鋼筋混凝土柱具有承載力高、抗震性能好、節點構造簡單等優點，在高層建築與大跨空間結構中得到套用。目前國內外尚無關於方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能的研究，更無設計規範或規程可供參考。因受力特點不同，方鋼管約束鋼筋混凝土柱不能套用鋼筋混凝土柱或鋼管混凝土柱的抗火研究成果。因此，應對其抗火性能展開研究。此外，相關研究表明，實際結構中受火柱受到相鄰構件的約束，受力機理和抗火性能與單體構件顯著不同，有必要考慮端部約束作用。為此，本項目將以方鋼管約束鋼筋混凝土柱為研究對象，採用試驗研究與理論分析相結合的方式，重點研究火災下無端部約束構件的溫度、變形與耐火極限，並提出抗火設計方法；在此基礎上，引入端部約束作用，分析其對火災下方鋼管約束鋼筋混凝土柱受力機理與耐火極限的影響，提出可考慮端部約束作用的抗火設計建議。本項目的研究成果將進一步完善鋼管約束鋼筋混凝土柱的抗火設計理論，促進該類構件的套用與發展。

結題摘要

鋼管約束鋼筋混凝土柱具有承載力高、抗震性能好、節點構造簡單等優點，在高層建築與大跨空間結構中得到了套用。目前國內外尚無關於方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能的研究，更無設計規範或規程可供參考。因受力特點不同，方鋼管約束鋼筋混凝土柱不能套用鋼筋混凝土柱或鋼管混凝土柱的抗火研究成果。因此對方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火性能開展了試驗研究與理論分析，並提出了相應的抗火設計方法。首先進行了方鋼管約束鋼筋混凝土柱足尺明火試驗，實測了標準火災作用下構件截面關鍵測點溫度、軸向變形、柱頂轉角、側向變形、耐火極限和破壞模式，獲得了荷載比和偏心距對火災下構件變形和耐火極限的影響規律。建立了方鋼管約束鋼筋混凝土柱溫度場和耐火極限的有限元分析模型，分析了荷載比、截面尺寸、偏心率等參數對溫度場和耐火極限的影響規律，提出了標準火災作用下鋼管、鋼筋與混凝土溫度的計算方法與耐火極限的計算方法。實際結構中受火柱受到相鄰構件的約束，受力機理和抗火性能與單體構件顯著不同，因此分析了端部軸向約束與轉動約束作用對構件抗火性能的影響。獲得了軸向約束剛度比和轉動約束剛度比對構件耐火極限的影響規律，提出了火災下構件計算長度計算公式，以及考慮端部約束的方鋼管約束鋼筋混凝土柱抗火設計方法。本項目揭示了火災下方鋼管約束鋼筋混凝土柱的工作機理，建立了方鋼管約束鋼筋混凝土柱的抗火設計方法，為該類構件的防火設計奠定了基礎，進一步完善了鋼管約束鋼筋混凝土柱的設計理論。