型钢混凝土异形柱耐火性能研究

Steel Reinforced Concrete Special-Shaped Columns (SRCSSC) with its excellent performance has been increasingly widely used, its fire resistance to be studied.Firstly, bond performance of high temperature steel and concrete will be studied by considering the impact of different contact surfaces, steel types and concrete types, get the influencing factors of the performance of the bond between steel and concrete at high temperatures. And it provides for numerical analysis of the bond-slip model. Secondly, fire-resistant steel concrete columns under load will be finished by considering axial force, the influence of length, section size, load eccentricity and eccentricity and other parameters. It will be obtained status of the load and fire, fire resistance and failure characteristics and provided for various parameters on the performance of the model fire-resistant mechanism. Finally, a rational theoretical analysis model will be established on the temperature of the concrete and steel - the stress coupling constitutive relation and the transient thermal response of concrete at high temperatures. And in-depth research under the working mechanism of the steel reinforced concrete structures and in-depth study of fire. It will be studied by that relevant geometric parameters, physical parameters and load parameters on the structural fire resistance of steel reinforced concrete columns and get the whole nonlinear finite element analysis methods of steel reinforced concrete columns under high temperature and load.

型钢混凝土异形柱以其优异性能而得到日益广泛的应用，而其抗火性能有待研究。本项目首先考虑不同接触面、钢材种类和混凝土种类的影响，进行高温下型钢与外包混凝土之间粘结性能的试验研究，探讨高温对型钢和外包混凝土之间粘结性能的影响，并提供可供数值分析的粘结滑移模型；其次考虑轴压比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率和偏心率等参数的影响，对型钢混凝土异形柱进行荷载与火灾耦合作用下的耐火行为试验，研究其在荷载与火灾共同作用下的工作状态、耐火极限和破坏特征，探讨各参数对模型耐火性能的影响机理。最后基于混凝土与钢材的温度-应力耦合本构关系以及混凝土在高温下的瞬态热应变，建立合理的理论分析模型，并深入研究火灾下型钢混凝土结构的工作机理。系统研究各有关几何参数、物理参数和荷载参数等对型钢混凝土异形柱结构耐火性能的影响规律。得到型钢混凝土异形柱在高温和荷载共同作用下的非线性有限元全过程分析方法和耐火极限实用计算方法

异形柱结构因具有建筑功能灵活、避免室内柱楞凸出、美观适用、得房率高等优点,而钢筋混凝土异形柱主要存在问题：承载能力不足、轴压比限值过低、抗震性能差、梁柱节点处钢筋密集和施工困难等问题，因此型钢混凝土异形柱结构在近年来的实际工程中得到大量应用。项目主要针对常见形式的型钢混凝土异形柱进行了火灾行为的试验研究和理论分析。一是利用火灾试验炉进行了火灾中型钢与混凝土之间粘结滑移性能的试验研究。观察分析了在不同高温下型钢与混凝土粘结强度的变化规律，同时分析了在一定高温下混凝土的抗压强度、型钢的混凝土保护层厚度、型钢在混凝土中的锚固长度、型钢与混凝土接触面的表面积和配箍率等因素对型钢混凝土粘结性能的影响,利用线性回归的方法，推导了各个影响因素下平均粘结强度的简化关系表达式。二是进行了在恒载作用下型钢混凝土异形柱（包括T形柱、十字形柱和L形柱）耐火性能的试验研究。观察和分析了型钢混凝土异形柱在高温下的温度场分布规律、热力耦合作用下的裂缝开展与分布规律、试件的变形性态、耐火极限和破坏模式等内容，得到了不同轴压比、不同保护层和不同配筋率等参数下型钢混凝土异形柱的耐火行为和损伤机理。三是进行了经历高温后型钢混凝土异形柱残余承载性能的试验研究。观察和分析了经历高温作用后型钢混凝土异形柱在竖向荷载作用下的开裂与变形特征、承载能力变化特点和破坏模式，并与常温对比试件进行了对比分析；研究总结了经历不同升温时间及受力类型对承载性能劣化程度的影响规律；进而探讨了受火灾高温作用后型钢混凝土异形柱的承载性能劣化机理。四是建立合理的理论分析模型，系统研究了几何参数、物理参数和荷载参数等因素对型钢混凝土异形柱耐火性能的影响规律。在确定重要参数的基础上，研究了在高温和荷载共同作用下型钢混凝土异形柱的非线性有限元全过程分析方法和耐火极限实用计算方法。在试验研究和理论分析的基础上，对型钢混凝土异形柱的抗火设计提出了建议。