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耐火钢-混凝土组合梁抗火性能分析
信息来源:   发布时间:2016-12-14   浏览:

普通钢材的力学性能指标和弹性模量在高温下迅速下降,350°C时普通钢结构的屈服强度降至其室温屈服强度的2/3。为了提高普通钢结构构件的抗火能力,必须采取涂防火涂料等防火保护措施。耐火钢的室温力学性能及其他质量指标均满足普通建筑用钢的使用标准,且600°C下的屈服强度高于室温强度指标的2/3,弹性模量在700°C下仍能保持室温时的75%以上,增强了建筑物抵抗火灾的能力,提高了建筑物的安全性。
    日本新日铁钢铁公司开发了耐火钢SM490-FR,YSakumoto等对该耐火钢的高温材性进行了试验研究。国内在文献试验数据的基础上,对影响耐火钢钢结构构件抗火性能的大量参数进行分析,提出耐火钢构件耐火极限的实用计算方法。钢一混凝土组合梁具有截面高度小、质量轻、承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好等优点,近年来广泛应用于高层建筑结构和桥梁钢结构中。国内学者普遍认为由于混凝土板的吸热作用,组合梁中钢梁温度明显低于无混凝土时的裸露钢构件的温度,因此与钢梁相比,组合梁可大大改善梁的抗火性能。
    目前,国外学者对钢一混凝土组合梁抗火性能的研究集中于Cardington试验中的约束钢一混凝土组合梁抗火性能试验及在此基础上展开的相关研究上。国内对组合梁抗火性能研究相对较少,对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验,并对影响简支组合梁抗火性能参数进行了分析。2榀约束组合梁抗火性能的试验研究,研究了处于钢结构整体中的组合梁的抗火性能及其在火灾中破坏的过程和特点。利用有限元软件ANSYS和数值算法对标准升温情况下轻钢一混凝土组合梁的抗火性能进行研究。进行了单跨组合梁火灾变形性能研究,试验中对3x3跨3层钢结构框架楼中不同位置的2个单跨组合梁在火灾作用下的变形性能进行了试验研究,结果表明整体结构中组合梁的火灾行为不同于构件试验中组合梁的火灾行为,表现出了更好的抗火性能。
  以上研究中,钢梁采用的钢材均为普通钢结构,未曾有对耐火钢一混凝土组合梁抗火性能的研究。考虑到耐火钢和组合梁都对梁的抗火性能有所改善,本文先采用合理的材料热工性能和高温力学性能参数,合适的材料热一力耦合本构关系,运用ABAQUS有限元软件建立有限元分析模型,与高温下的试验结果进行对比,验证本文分析理论和程序的正确性和可靠性,然后对相同条件下分别采用耐火钢和普通钢的钢一混凝土组合梁的抗火性能进行比较分析,结果表明:在一定的火灾条件下,耐火钢一混凝土组合梁比普通钢一组合梁有更好的抗火性能,能极大地增强建筑物抵抗火灾的能力,从而减少钢梁防火涂料(特别是采用厚型防火涂料时)的厚度和用量。

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