鋼管混凝土抗火性能ppt

鋼管混凝土柱的抗火性能分析及防火措施12級(jí)結(jié)構(gòu)工程沈會(huì)鋼管混凝土柱抗火探討背景用Abaqus模擬分析鋼管混凝土柱抗火性能鋼管混凝土柱機(jī)理分析及影響耐火極限的因素防火愛(ài)護(hù)層厚度的計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)抗火性能差隨著溫度上升，屈服強(qiáng)度下降，超過(guò)600℃時(shí)，鋼材將會(huì)丟失絕大部分的強(qiáng)度和剛度。鋼管混凝土柱國(guó)外由于沒(méi)有合理的考慮鋼管對(duì)其核心混凝土的約束作用,計(jì)算結(jié)果大都偏于保守且和試驗(yàn)結(jié)果差異較大，得到的計(jì)算結(jié)果也不夠精確。它們一般提高鋼管混凝土柱本身的抗火性能來(lái)提高耐火極限。國(guó)內(nèi)方面主要是韓林海做了大量的試驗(yàn)探討和理論分析，指出了鋼管和混凝土之間的相互作用能提高抗火性能。國(guó)內(nèi)目前實(shí)行的防火措施一般用防火涂料，給出了一些愛(ài)護(hù)層厚度計(jì)算公式。國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果發(fā)覺(jué)：火災(zāi)時(shí)，構(gòu)件變形穩(wěn)定,達(dá)到耐火極限時(shí)仍保持較好整體性?；馂?zāi)后，截面的力學(xué)性能比高溫下有所改善，結(jié)構(gòu)整體性比火災(zāi)中也有所提高。結(jié)論:鋼管混凝土柱有著良好的抗火性能。受火機(jī)理：溫度的提高,鋼失去承載力,鋼管壁仍“套箍”混凝土。但混凝土的熱傳導(dǎo)率很低,其強(qiáng)度丟失的速度低于鋼管,構(gòu)件承受的荷載漸漸轉(zhuǎn)移到混凝土。最終在鋼管失去強(qiáng)度后,核心混凝土將擔(dān)當(dāng)全部荷載。有限元Abaqus分析鋼管混凝土柱抗火鋼材接受ABAQUS軟件中供應(yīng)的等向彈塑性模型，混凝土接受ABAQUS軟件中供應(yīng)的塑性損傷模型。截面尺寸B×ts=273.1×5.56mm，鋼材屈服強(qiáng)度350MPa，混凝土圓柱體強(qiáng)度29MPa，構(gòu)件兩端固結(jié)，初始彎曲取1/1000桿長(zhǎng)，作用在構(gòu)件上荷載525kN。有限元Abaqus分析鋼管混凝土柱抗火在構(gòu)件加載位置施加荷載N，保持外荷載，調(diào)用溫度場(chǎng)分析結(jié)果計(jì)算。可以得到該鋼管混凝土柱的計(jì)算軸線(xiàn)變形(Δ)-受火時(shí)間(t)關(guān)系曲線(xiàn)。破壞形態(tài)鋼管mises應(yīng)力混凝土縱向應(yīng)力(a)A點(diǎn)(0min)(b)B點(diǎn)(23min)混凝土全截面受壓，呈帶狀分布，由于初始彎曲，在外荷載作用下一側(cè)壓應(yīng)力較高。荷載主要由鋼管擔(dān)當(dāng)，截面混凝土溫度外高內(nèi)低，高溫區(qū)熱膨脹變形受到低溫區(qū)的約束，因此高溫區(qū)混凝土為壓應(yīng)力，內(nèi)部低溫區(qū)混凝土為拉應(yīng)力。(c)C點(diǎn)(33min)(d)D點(diǎn)(68min)隨著截面內(nèi)外溫差的減小，外圍混凝土壓應(yīng)力和內(nèi)部拉應(yīng)力有所減小。核心混凝土起先承受外荷載。混凝土在溫度和外荷載作用下，壓應(yīng)力進(jìn)一步增加。(e)E點(diǎn)(100min)隨著混凝土溫度的進(jìn)一步上升，材料屬性惡化較為嚴(yán)峻，破壞時(shí)壓應(yīng)力最大區(qū)域在截面中心偏下，即偏向構(gòu)件彎曲內(nèi)側(cè)，此時(shí)整個(gè)截面混凝土為受壓狀態(tài)。單個(gè)鋼管混凝土柱構(gòu)件抗火機(jī)理分析材料物理性質(zhì)：

混凝土的熱容比鋼材大得多,導(dǎo)熱系數(shù)卻比鋼材小得多。鋼材的密度是混凝土的三倍,但含鋼率在10%左右,混凝土的體積將是鋼管的10倍以上。外部鋼管雖然升溫較快,但內(nèi)部混凝土升溫滯后,且溫度沿截面分布很不勻整。對(duì)外部鋼管而言,由于其熱量充分被核心混凝土吸取,也使外部鋼管溫度上升的幅度低于純鋼結(jié)構(gòu)。單個(gè)鋼管混凝土柱構(gòu)件抗火機(jī)理分析由于鋼管和核心混凝土之間變形不一樣,存在相互作用問(wèn)題,使它們處于困難應(yīng)力狀態(tài)。同時(shí),由于鋼管愛(ài)護(hù)作用,核心混凝土在高溫下不會(huì)發(fā)生剝落和崩裂;而鋼管雖然在高溫下己軟化,丟失強(qiáng)度而失去承載實(shí)力，但是內(nèi)部混凝土的存在,保證鋼管不發(fā)生失穩(wěn)和局部屈曲。結(jié)論：二者能夠相互作用,協(xié)同互補(bǔ),共同工作,提高了鋼管棍凝土構(gòu)件的整體性,使這種結(jié)構(gòu)具有很好的耐火性能。整體框架下的鋼管混凝土柱抗火機(jī)理分析試驗(yàn)表明：鋼管混凝土框架底層邊柱在框架結(jié)構(gòu)中的耐火極限承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)構(gòu)件的耐火極限承載力。這一結(jié)論說(shuō)明：現(xiàn)行鋼管混凝土防火設(shè)計(jì)規(guī)范接受單個(gè)鋼管混凝土柱的耐火承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)是偏于保守的。熱量漸漸傳入鋼管混凝土柱構(gòu)件內(nèi)部,鋼管混凝土柱的剛度漸漸下降,框架中各個(gè)構(gòu)件之間的彎矩安排比例發(fā)生變更,導(dǎo)致彎矩重分布,到破壞前彎矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常溫時(shí)的設(shè)計(jì)彎矩,邊柱柱頭實(shí)際作用的彎矩下降導(dǎo)致其耐火極限的延長(zhǎng)。影響鋼管混凝土構(gòu)件耐火極限的因素截面尺寸、含鋼率、荷載偏心率、長(zhǎng)細(xì)比、愛(ài)護(hù)層、邊界約束。(1)截面尺寸

鋼管混凝土截面尺寸越大,構(gòu)件的承載力降低越少，耐火極限得到提高。(2)含鋼率

含鋼率對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)耐火極限的影響較小。(3)荷載偏心率

隨著荷載偏心率對(duì)鋼管混凝土耐火極限總體影響較小。（4）長(zhǎng)細(xì)比(入)對(duì)于圓鋼管混凝土柱,當(dāng)人＜90時(shí),長(zhǎng)細(xì)比越大,耐火極限越低;當(dāng)人>90時(shí),長(zhǎng)細(xì)比對(duì)耐火極限的影響明顯減弱。對(duì)于方鋼管混凝土柱,當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比入＜40時(shí),長(zhǎng)細(xì)比越大,耐火極限有增加的趨勢(shì),但幅度不大;當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比入>40時(shí),長(zhǎng)細(xì)比越大,耐火極限越低。(5)愛(ài)護(hù)層目前一般接受防火涂料愛(ài)護(hù)層。不同的愛(ài)護(hù)層材料,其效果不太一樣。對(duì)于相同的材料,愛(ài)護(hù)層厚度越大,則構(gòu)件的耐火極限越大。(6)邊界約束條件與兩端鉸接和一端鉸接一端固接的鋼管混凝土柱構(gòu)件相比,框架中鋼管混凝土柱的抗火性能有很大的的提高。防火措施結(jié)構(gòu)本身抗火國(guó)外考慮到勞動(dòng)力昂貴1.配置特地考慮防火的鋼筋型鋼或鋼纖維2.通過(guò)降低柱子的軸壓比防火涂料國(guó)內(nèi)目前大多接受涂防火涂料缺點(diǎn)：大都偏于保守而造成奢侈,經(jīng)濟(jì)性差且缺乏科學(xué)性防火愛(ài)護(hù)層厚度的計(jì)算影響鋼管混凝土柱防火愛(ài)護(hù)層厚度的主要參數(shù)包括:火災(zāi)荷載比(n)火災(zāi)荷載比越大,防火愛(ài)護(hù)層厚度越大耐火極限(t)要求的耐火極限越大,防火愛(ài)護(hù)層厚度也越大截面尺寸(C)隨著構(gòu)件直徑（圓鋼管）或截面尺寸（方鋼管）越大，防火愛(ài)護(hù)層厚度越小。長(zhǎng)細(xì)比(人)長(zhǎng)細(xì)比的越小，防火愛(ài)護(hù)層厚度也越小鋼管混凝土柱防火愛(ài)護(hù)層厚度簡(jiǎn)化計(jì)算方法對(duì)于圓鋼管混凝土柱：

對(duì)于方鋼管混凝土柱：

基本參數(shù)為：耐火極限t=1.0~3.0h；柱截面周長(zhǎng)C，長(zhǎng)細(xì)比=10~80。該方法將火災(zāi)荷載比n假定為定值0.77，僅考慮了耐火極限（l）、截面尺寸（c）和長(zhǎng)細(xì)比（人）三個(gè)因素。結(jié)語(yǔ)由于鋼管混凝土柱具有較好的耐