钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力分析及试验研究
发布时间：2023-12-02 13:50
钢管混凝土由于承载力高、塑性和韧性好、抗震性能优越、施工方便、耐火性能突出及经济效果佳等诸多优点在工程领域得到越来越广泛的应用,随着高层、大跨度建筑越来越多,对钢管内部填充高强甚至超高强混凝土的受压构件的应用也越来越广泛,以往的文献对钢管混凝土的耐火极限研究及火灾全过程分析较多,对钢管高强混凝土轴压构件火灾后的力学性能的研究不多见。本文首先进行了钢管高强混凝土轴心受压构件火灾下的耐火极限数值模拟,在此基础上,重点进行火灾后钢管高强混凝土轴心受压短柱剩余承载力的试验研究、理论分析及数值模拟,主要研究内容及取得的成果如下:(1)在总结国内外文献有关高温下钢材和高强混凝土热力学性能,以及组成钢管混凝土的钢材和高强混凝土的热-力本构关系的基础上,建立了火灾下圆形、方形、圆套圆管中空夹心、方套方管中空夹心4种不同截面形式的钢管高强混凝土柱试件有限元计算模型。计算模型中考虑了材料热膨胀、初始几何缺陷以及钢管和混凝土之间接触关系,符合钢管高强混凝土柱在火灾下的实际工作特性,将试件在轴向荷载作用下的耐火极限数值计算结果与前期火灾下试件的耐火极限试验结果进行了对比,两者吻合较好。对火灾下钢管高强混凝土的...
【文章页数】：207 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 钢管混凝土国内外研究现状
1.2.1 钢管混凝土温度场研究
1.2.2 火灾下钢管混凝土构件试验研究
1.2.3 数值方法与计算模型
1.2.4 钢管高强度混凝土应用及研究
1.2.5 标准火灾后钢管混凝土构件
1.3 高温后混凝土力学性能研究
1.3.1 高温后高强混凝土爆裂性能研究
1.3.2 高温后混凝土损伤研究
1.4 研究基础
1.5 研究方法、思路和内容
参考文献
第二章 火灾下钢管高强混凝土柱力学性能研究
2.1 高温下材料的热工力学性能
2.1.1 钢材的热工性能
2.1.1.1 钢材的导热系数
2.1.1.2 钢材的热膨胀系数
2.1.1.3 钢材的比热
2.1.2 高温下钢材的力学性能
2.1.2.1 高温下钢材的强度
2.1.2.2 高温下钢材的弹性模量
2.1.2.3 高温下钢材的应力-应变关系
2.1.2.4 高温下钢材的密度和泊松比
2.1.3 高强混凝土的热工性能
2.1.3.1 高强混凝土的导热系数
2.1.3.2 高强混凝土的热膨胀系数
2.1.3.3 高强混凝土的比热
2.1.4 高温下高强混凝土的力学性能
2.1.4.1 抗压强度
2.1.4.2 弹性模量
2.1.4.3 应力-应变关系
2.1.5 耐火材料
2.2 温度场模型计算
2.2.1 传热学基本原理
2.2.1.1 热对流
2.2.1.2 热辐射
2.2.1.3 热传导
2.2.2 热传导方程的定解条件
2.2.3 热分析界面处理
2.2.4 火灾模型
2.2.5 网格划分与单元选取
2.2.6 温度场计算结果分析
2.2.6.1 圆形构件温度场
2.2.6.2 方形构件温度场
2.2.6.3 圆套圆管中空夹心构件温度场
2.2.6.4 方套方管中空夹心构件温度场
2.3 耐火极限分析
2.3.1 荷载取值依据
2.3.2 构件破坏准则
2.3.3 单元选取及界面处理
2.3.4 耐火极限计算结果分析
2.3.4.1 圆形构件耐火极限
2.3.4.2 方形构件耐火极限
2.3.4.3 圆套圆管中空夹心构件耐火极限
2.3.4.4 方套方管中空夹心构件耐火极限
2.4 参数化分析
2.4.1 圆形构件耐火极限影响参数分析
2.4.1.1 荷载比
2.4.1.2 混凝土强度
2.4.1.3 钢材屈服强度
2.4.1.4 钢承载力贡献率
2.4.1.5 正则化长细比
2.4.2 方形构件耐火极限影响参数分析
2.4.2.1 荷载比
2.4.2.2 混凝土强度
2.4.2.3 钢材屈服强度
2.4.2.4 钢承载力贡献率
2.4.2.5 正则化长细比
2.5 本章小结
参考文献
第三章 火灾后高强混凝土及钢材材料性能试验研究
3.1 火灾后高强混凝土标准芯样试验
3.1.1 高强混凝土芯样提取
3.1.2 高强混凝土标准芯样锯切与处理
3.1.3 标准芯样试验概况
3.1.4 试验方法
3.1.5 试验现象与破坏形态
3.1.6 试验结果分析
3.1.7 火灾后高强混凝土芯样应力-应变曲线
3.1.7.1 圆形构件芯样应力-应变曲线
3.1.7.2 方形构件芯样应力-应变曲线
3.1.8 火灾后高强混凝土抗压强度折减
3.1.9 火灾后高强混凝土弹性模量折减
3.1.10 火灾后高强混凝土的峰值应变
3.1.11 火灾后高强混凝土泊松比
3.1.12 火灾后高强混凝土应力-应变无量纲表达式
3.2 火灾后钢材材料力学性能试验
3.2.1 标准试件拉伸试验
3.2.2 材性试验结果
3.2.3 火灾后钢材屈服强度折减
3.2.4 火灾后钢材弹性模量折减
3.3 本章小结
参考文献
第四章 火灾后钢管高强混凝土短柱轴压试验研究
4.1 试验概况
4.2 试验方案
4.3 试验方法与过程
4.4 试验结果与分析
4.4.1 试验破坏现象
4.4.2 试件荷载-应变曲线
4.4.2.1 圆形试件荷载-应变曲线
4.4.2.2 方形试件荷载-应变曲线
4.4.3 荷载-位移曲线
4.5 试件内部破坏现象
4.5.1 圆形试件内部破坏现象
4.5.2 方形试件内部破坏现象
4.6 本章小结
参考文献
第五章 火灾后钢管高强混凝土短柱剩余承载力分析
5.1 火灾后钢管高强混凝土轴心受压短柱的力学性能
5.1.1 火灾后钢材的力学模型
5.1.2 火灾后核心高强混凝土的力学模型
5.1.3 火灾后轴心受压短柱的荷载-变形全过程理论分析
5.2 火灾后轴心受压短柱的荷载-位移曲线
5.2.1 单元选取和网格划分
5.2.2 典型试件计算破坏模式与试验破坏模式对比
5.2.3 荷载-位移计算值与试验值的对比分析
5.2.3.1 圆形试件荷载-位移计算值与试验值对比
5.2.3.2 方形试件荷载-位移计算值与试验值对比
5.3 火灾后剩余承载力试验值与规范计算值对比
5.4 火灾后剩余承载力系数参数化分析及简化计算方法
5.4.1 钢材屈服强度
5.4.2 混凝土强度
5.4.3 截面含钢率
5.4.4 构件截面尺寸
5.4.5 火灾后剩余承载力简化计算方法
5.5 火灾后剩余刚度系数参数化分析及简化计算方法
5.5.1 钢材屈服强度
5.5.2 混凝土强度
5.5.3 截面含钢率
5.5.4 构件截面尺寸
5.5.5 火灾后剩余刚度简化计算方法
5.6 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
攻读博士学位期间发表的论文与工程实践
致谢
本文编号：3869799
【文章页数】：207 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 钢管混凝土国内外研究现状
1.2.1 钢管混凝土温度场研究
1.2.2 火灾下钢管混凝土构件试验研究
1.2.3 数值方法与计算模型
1.2.4 钢管高强度混凝土应用及研究
1.2.5 标准火灾后钢管混凝土构件
1.3 高温后混凝土力学性能研究
1.3.1 高温后高强混凝土爆裂性能研究
1.3.2 高温后混凝土损伤研究
1.4 研究基础
1.5 研究方法、思路和内容
参考文献
第二章 火灾下钢管高强混凝土柱力学性能研究
2.1 高温下材料的热工力学性能
2.1.1 钢材的热工性能
2.1.1.1 钢材的导热系数
2.1.1.2 钢材的热膨胀系数
2.1.1.3 钢材的比热
2.1.2 高温下钢材的力学性能
2.1.2.1 高温下钢材的强度
2.1.2.2 高温下钢材的弹性模量
2.1.2.3 高温下钢材的应力-应变关系
2.1.2.4 高温下钢材的密度和泊松比
2.1.3 高强混凝土的热工性能
2.1.3.1 高强混凝土的导热系数
2.1.3.2 高强混凝土的热膨胀系数
2.1.3.3 高强混凝土的比热
2.1.4 高温下高强混凝土的力学性能
2.1.4.1 抗压强度
2.1.4.2 弹性模量
2.1.4.3 应力-应变关系
2.1.5 耐火材料
2.2 温度场模型计算
2.2.1 传热学基本原理
2.2.1.1 热对流
2.2.1.2 热辐射
2.2.1.3 热传导
2.2.2 热传导方程的定解条件
2.2.3 热分析界面处理
2.2.4 火灾模型
2.2.5 网格划分与单元选取
2.2.6 温度场计算结果分析
2.2.6.1 圆形构件温度场
2.2.6.2 方形构件温度场
2.2.6.3 圆套圆管中空夹心构件温度场
2.2.6.4 方套方管中空夹心构件温度场
2.3 耐火极限分析
2.3.1 荷载取值依据
2.3.2 构件破坏准则
2.3.3 单元选取及界面处理
2.3.4 耐火极限计算结果分析
2.3.4.1 圆形构件耐火极限
2.3.4.2 方形构件耐火极限
2.3.4.3 圆套圆管中空夹心构件耐火极限
2.3.4.4 方套方管中空夹心构件耐火极限
2.4 参数化分析
2.4.1 圆形构件耐火极限影响参数分析
2.4.1.1 荷载比
2.4.1.2 混凝土强度
2.4.1.3 钢材屈服强度
2.4.1.4 钢承载力贡献率
2.4.1.5 正则化长细比
2.4.2 方形构件耐火极限影响参数分析
2.4.2.1 荷载比
2.4.2.2 混凝土强度
2.4.2.3 钢材屈服强度
2.4.2.4 钢承载力贡献率
2.4.2.5 正则化长细比
2.5 本章小结
参考文献
第三章 火灾后高强混凝土及钢材材料性能试验研究
3.1 火灾后高强混凝土标准芯样试验
3.1.1 高强混凝土芯样提取
3.1.2 高强混凝土标准芯样锯切与处理
3.1.3 标准芯样试验概况
3.1.4 试验方法
3.1.5 试验现象与破坏形态
3.1.6 试验结果分析
3.1.7 火灾后高强混凝土芯样应力-应变曲线
3.1.7.1 圆形构件芯样应力-应变曲线
3.1.7.2 方形构件芯样应力-应变曲线
3.1.8 火灾后高强混凝土抗压强度折减
3.1.9 火灾后高强混凝土弹性模量折减
3.1.10 火灾后高强混凝土的峰值应变
3.1.11 火灾后高强混凝土泊松比
3.1.12 火灾后高强混凝土应力-应变无量纲表达式
3.2 火灾后钢材材料力学性能试验
3.2.1 标准试件拉伸试验
3.2.2 材性试验结果
3.2.3 火灾后钢材屈服强度折减
3.2.4 火灾后钢材弹性模量折减
3.3 本章小结
参考文献
第四章 火灾后钢管高强混凝土短柱轴压试验研究
4.1 试验概况
4.2 试验方案
4.3 试验方法与过程
4.4 试验结果与分析
4.4.1 试验破坏现象
4.4.2 试件荷载-应变曲线
4.4.2.1 圆形试件荷载-应变曲线
4.4.2.2 方形试件荷载-应变曲线
4.4.3 荷载-位移曲线
4.5 试件内部破坏现象
4.5.1 圆形试件内部破坏现象
4.5.2 方形试件内部破坏现象
4.6 本章小结
参考文献
第五章 火灾后钢管高强混凝土短柱剩余承载力分析
5.1 火灾后钢管高强混凝土轴心受压短柱的力学性能
5.1.1 火灾后钢材的力学模型
5.1.2 火灾后核心高强混凝土的力学模型
5.1.3 火灾后轴心受压短柱的荷载-变形全过程理论分析
5.2 火灾后轴心受压短柱的荷载-位移曲线
5.2.1 单元选取和网格划分
5.2.2 典型试件计算破坏模式与试验破坏模式对比
5.2.3 荷载-位移计算值与试验值的对比分析
5.2.3.1 圆形试件荷载-位移计算值与试验值对比
5.2.3.2 方形试件荷载-位移计算值与试验值对比
5.3 火灾后剩余承载力试验值与规范计算值对比
5.4 火灾后剩余承载力系数参数化分析及简化计算方法
5.4.1 钢材屈服强度
5.4.2 混凝土强度
5.4.3 截面含钢率
5.4.4 构件截面尺寸
5.4.5 火灾后剩余承载力简化计算方法
5.5 火灾后剩余刚度系数参数化分析及简化计算方法
5.5.1 钢材屈服强度
5.5.2 混凝土强度
5.5.3 截面含钢率
5.5.4 构件截面尺寸
5.5.5 火灾后剩余刚度简化计算方法
5.6 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
攻读博士学位期间发表的论文与工程实践
致谢
本文编号：3869799
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