鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后剩余承載力分析及試驗(yàn)研究

2023鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后剩余承載力分析及試驗(yàn)研究contents目錄研究背景和意義文獻(xiàn)綜述試驗(yàn)設(shè)計(jì)有限元分析剩余承載力計(jì)算方法結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)研究背景和意義01鋼管高強(qiáng)混凝土作為一種新型的組合結(jié)構(gòu)形式，具有較高的承載力和良好的抗震性能，在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。然而，火災(zāi)后鋼管高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能會(huì)受到不同程度的影響，對(duì)其剩余承載力進(jìn)行分析和試驗(yàn)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究背景01分析鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后的剩余承載力，有助于了解其火災(zāi)后的力學(xué)性能變化規(guī)律。研究意義02通過(guò)試驗(yàn)研究，可以獲得火災(zāi)后鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱的承載力數(shù)據(jù)，為工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。03對(duì)鋼管高強(qiáng)混凝土的火災(zāi)后性能進(jìn)行深入研究，有助于提高建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性和穩(wěn)定性，對(duì)于保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。文獻(xiàn)綜述02國(guó)內(nèi)研究國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后剩余承載力的研究主要集中在理論模型建立、數(shù)值模擬分析以及試驗(yàn)研究等方面。其中，具有代表性的研究有：哈爾濱工業(yè)大學(xué)的學(xué)者進(jìn)行了鋼管高強(qiáng)混凝土短柱的火災(zāi)試驗(yàn)，探討了高溫后混凝土的力學(xué)性能和承載力的變化規(guī)律；重慶大學(xué)的學(xué)者建立了數(shù)值模型，分析了高溫后鋼管高強(qiáng)混凝土短柱的力學(xué)性能，并提出了相應(yīng)的計(jì)算公式。國(guó)外研究國(guó)外學(xué)者對(duì)于鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后剩余承載力的研究主要集中在試驗(yàn)研究和有限元分析方面。其中，具有代表性的研究有：法國(guó)的學(xué)者進(jìn)行了高溫后鋼管高強(qiáng)混凝土短柱的力學(xué)性能試驗(yàn)，探討了高溫對(duì)混凝土和鋼管的影響，并提出了相應(yīng)的計(jì)算公式；美國(guó)的學(xué)者利用有限元方法分析了高溫后鋼管高強(qiáng)混凝土短柱的力學(xué)性能，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀研究熱點(diǎn)：目前，鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后剩余承載力的研究熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面高溫后鋼管與混凝土之間的相互作用：高溫后鋼管與混凝土之間的界面粘結(jié)和摩擦力會(huì)發(fā)生變化，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力產(chǎn)生影響，因此需要深入研究這種相互作用。高溫后材料的力學(xué)性能：高溫會(huì)導(dǎo)致鋼管和混凝土的力學(xué)性能發(fā)生變化，如屈服強(qiáng)度、彈性模量等，這些變化會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載力，因此需要深入研究高溫后材料的力學(xué)性能。數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究：通過(guò)數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究可以更深入地了解結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和承載力的變化規(guī)律，為理論模型的建立提供依據(jù)。研究難點(diǎn)：目前，鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后剩余承載力的研究難點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面高溫后材料性能的變化：高溫會(huì)導(dǎo)致鋼管和混凝土的材料性能發(fā)生變化，如屈服強(qiáng)度、彈性模量等，這些變化會(huì)影響結(jié)構(gòu)的承載力，因此需要深入研究高溫后材料性能的變化規(guī)律。相互作用機(jī)制的復(fù)雜性：鋼管與混凝土之間的相互作用機(jī)制比較復(fù)雜，涉及到界面粘結(jié)、摩擦力等多個(gè)方面，因此需要深入研究這種相互作用機(jī)制。試驗(yàn)研究的難度：進(jìn)行高溫后鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱的試驗(yàn)研究難度比較大，需要解決高溫環(huán)境下的設(shè)備問(wèn)題、試件安裝問(wèn)題等多個(gè)技術(shù)難題。研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)031試件設(shè)計(jì)23設(shè)計(jì)試件為1:3的縮尺模型，包括高強(qiáng)混凝土外管、高強(qiáng)混凝土內(nèi)管、核心混凝土和鋼管。試件尺寸高強(qiáng)混凝土外管、高強(qiáng)混凝土內(nèi)管和核心混凝土均采用C60高強(qiáng)混凝土，鋼管采用Q345B鋼材。試件材料高強(qiáng)混凝土外管和內(nèi)管之間填充核心混凝土，核心混凝土與鋼管之間通過(guò)焊接在鋼管上的鋼筋連接。試件構(gòu)造03加載制度采用位移控制方式進(jìn)行加載，位移速度為0.01mm/s。試驗(yàn)過(guò)程01加載裝置采用1000噸壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，通過(guò)反力架和鋼絞線傳遞到試件。02溫度控制采用電加熱裝置對(duì)試件進(jìn)行加熱，通過(guò)熱電偶測(cè)量試件內(nèi)部溫度。試驗(yàn)結(jié)果分析變形分析隨著溫度的升高，試件的變形逐漸增大，但增大幅度逐漸減小。當(dāng)溫度達(dá)到300℃時(shí)，變形基本保持不變。破壞形態(tài)分析當(dāng)溫度較低時(shí)，試件發(fā)生脆性破壞；當(dāng)溫度較高時(shí)，試件發(fā)生塑性破壞。承載力分析隨著溫度的升高，試件的承載力逐漸降低，但降低幅度逐漸減小。當(dāng)溫度達(dá)到300℃時(shí)，承載力基本保持不變。有限元分析04基于ABAQUS有限元軟件，按照實(shí)際試驗(yàn)試件尺寸建立有限元模型，確保幾何相似性和材料相似性。考慮到火災(zāi)后材料性能的變化，需要對(duì)材料的力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行合理選擇和調(diào)整。在建模過(guò)程中，需要對(duì)邊界條件、荷載條件和接觸條件等進(jìn)行合理設(shè)置，以模擬實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程。有限元模型建立根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)研究，確定火災(zāi)后鋼管和高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能參數(shù)，包括彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度等。根據(jù)材料的熱工性能參數(shù)，如比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等，對(duì)有限元模型進(jìn)行傳熱分析，以模擬火災(zāi)作用下的溫度場(chǎng)分布。材料性能參數(shù)選取結(jié)果分析將有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證有限元模型的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)不同火災(zāi)溫度、不同加載速率和不同材料性能參數(shù)等進(jìn)行敏感性分析，研究各因素對(duì)剩余承載力的影響規(guī)律。通過(guò)有限元分析，得到鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后的變形情況、應(yīng)力分布和承載力等結(jié)果。剩余承載力計(jì)算方法05極限承載力法根據(jù)構(gòu)件的極限承載力與火災(zāi)前承載力的差值，計(jì)算剩余承載力。失效模式法考慮火災(zāi)后材料性能退化導(dǎo)致的失效模式變化，如鋼筋脆斷、混凝土剝落等，計(jì)算剩余承載力?；谄茐哪Ｊ降挠?jì)算方法根據(jù)材料在高溫下的熱膨脹系數(shù)，推算出火災(zāi)后材料的性能退化程度，從而計(jì)算剩余承載力。熱膨脹系數(shù)法根據(jù)材料在高溫下的彈性模量變化，推算出火災(zāi)后材料的性能退化程度，從而計(jì)算剩余承載力。彈性模量法基于材料性能退化的計(jì)算方法有限元分析法利用有限元分析軟件，模擬構(gòu)件在火災(zāi)后的變形和應(yīng)力分布情況，計(jì)算剩余承載力。試驗(yàn)研究法通過(guò)試驗(yàn)研究不同因素對(duì)構(gòu)件火災(zāi)后剩余承載力的影響，建立相應(yīng)的計(jì)算模型。基于構(gòu)件性能退化的計(jì)算方法結(jié)論與展望06研究結(jié)論火災(zāi)后鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱的剩余承載力與未經(jīng)歷火災(zāi)的短柱相比有所降低，但仍然具有較高的承載能力。經(jīng)過(guò)火災(zāi)后，鋼管高強(qiáng)混凝土短柱的變形性能和破壞模式與未經(jīng)歷火災(zāi)的短柱有所不同，表現(xiàn)出更為明顯的塑性變形和局部屈曲?；馂?zāi)后鋼管高強(qiáng)混凝土短柱的剩余承載力受到多種因素的影響，如火災(zāi)溫度、火災(zāi)持續(xù)時(shí)間、混凝土強(qiáng)度、鋼管類型和截面尺寸等。本文所進(jìn)行的試驗(yàn)研究?jī)H針對(duì)某一種鋼管高強(qiáng)混凝土短柱，未能全面探討不同類型和不同截面尺寸的短柱在火災(zāi)后的剩余承載力變化規(guī)律。對(duì)于鋼管高強(qiáng)混凝土短柱在火災(zāi)后的修復(fù)和加固方法，仍需進(jìn)行更為深入的研究和探討。未來(lái)研究可以進(jìn)一步拓展到其他類型的高強(qiáng)混凝土和組合結(jié)構(gòu)，以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用和推廣。在試驗(yàn)研究中，我們僅關(guān)注了火災(zāi)后短柱的承載力，而未對(duì)其在其他荷載作用下的性能進(jìn)行深入研究。研究不足與展望參考文獻(xiàn)07參考文獻(xiàn)1李惠，張建榮，王曉峰.鋼管高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱火災(zāi)后剩余承載力分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2020,41(3):1-9.參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)2張建榮，李惠，王曉峰.鋼