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与钢筋混凝土结构相比,钢骨混凝土结构承载力大、抗震性能好、技术经济效益显著。随着经济的发展,我国多、高层建筑日益增多,钢骨混凝土结构的应用也越来越广泛。由于结构抗火性能试验费用高、量测难,试验数量都很有限,国内外目前关于钢骨混凝土结构抗火性能的试验研究非常少,更无相应的抗火设计规范和技术规程,而当前多、高层建筑的防火已引起了人们极大的关注,基于此,本文利用非线性有限元方法对影响钢骨混凝土结构抗火性能的主要参数作了一些比较分析,供抗火设计参考。
本文的主要工作:对国内外主要研究成果进行分析比较,从中选定了相对适合我国普遍采用的结构钢和混凝土高温下材料性能计算模型。并根据钢骨混凝土柱的受力特点和截面混凝土受约束的情况,利用混凝土在复杂应力条件下的五参数准则,参照钢管混凝土已有结论,推导并给出了常温和高温下十字形钢骨混凝土柱截面核心混凝土的本构关系。
为求解钢骨混凝土柱截面温度场,利用目前在传热计算中普遍采用的有限元法和有限差分法的混合分析法,编制了钢骨混凝土柱截面非线性瞬态温度场计算程序,并与相关试验结果进行比较,验证了计算程序的准确性。
根据常温下钢骨混凝土柱承载力计算中的平截面假定等基本假定及高温下钢筋混凝土受压构件的试验结果,参考钢管混凝土柱和钢筋混凝土受压构件火灾下耐火极限承载力的解算方法,采用压杆稳定理论的欧拉公式,编制了钢骨混凝土柱高温极限承载力非线性有限元近似计算程序,并以常温下钢骨混凝土柱的试验结果以及高温试验中钢骨的变形对计算程序的准确性进行了验证。
利用计算程序,在ISO834标准温度-时间曲线升温作用下,对混凝土强度、钢骨强度、偏心率、长细比、截面钢骨含钢率以及柱截面尺寸等钢骨混凝土柱高温极限承载力的主要影响因素进行了计算与分析,了解了这些影响因素与钢骨混凝土柱高温极限承载力的关系以及基本作用规律,并给出了各影响因素与火灾下柱极限承载力关系的拟合计算式和钢骨混凝土轴压柱、偏压柱火灾下极限承载力与受火时间的关系的拟合式。对火灾下钢骨混凝土中长柱的稳定系数的影响参数进行了计算分析,并给出了拟合计算式。对目前规范所要求的混凝土保护层厚度对构件耐火极限的影响进行了讨论。