空心钢管混凝土刚度及火灾下轴压承载力的研究
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摘要
在实际工程中,空心钢管混凝土结构的应用越来越广泛。在空心钢管混凝土结构的设计中需要知道柱的线刚度进而求出抗侧移刚度;需要知道梁的线刚度和柱的线刚度,从而利用D值法计算结构在水平荷载下的响应;在空心钢管混凝土构件承载力校合方面需要知道刚度以确定最大应力。然而空心钢管混凝土作为一种组合结构会在使用过程中由于相互作用而产生套箍作用,混凝土会由于受拉而开裂,从而使得其整体刚度不再是二者的简单叠加,本文先分析其受力后的工作机理,考虑材料的非线性及二者实际的工作状态,从理论上得到整体的轴压刚度,受弯刚度,然后利用大型有限元软件ABAQUS对构件进行模拟计算,利用模拟结果验证理论刚度公式并修正之。
空心钢管混凝土柱作为结构的重要承载部位,其受火后的承载力变化十分明显,对结构整体的抗火性能有着非常重要的制约作用,因此研究空心钢管混凝土柱受火后的承载力非常重要。本文考虑材料力学性能的非线性,材料热工性能随温度而变化的特性,二者的套箍效应等因素,利用有限元软件ABAQUS模拟四周均匀受火的空心钢管混凝土的轴压承载力,得到其与常温下承载力的比值系数表格,为工程实际抗火提供依据。
In real engineering field, the use of hollow concrete filled steel tubular has became very widely. The study of its behavior becomes very important, in order to design HCFST structure, we have to know the column’linear stiffness, we need to know the girder’flexual stiffness, so we may use“D method”to calculate the effects when the structure suffered the horizontal load; in order to verify the bearing capacity of HCFST, we had to know the stiffness to calculate the maximal stress. But the HCFST is one kind of combined structure, in the use stage it will produce TaoGu effect, and the concrete will crack when it is under pulling strength, so the stiffness has no long directly from the plus of each part. In the text, first analysis the mechanism after inflict load to it, take into account the nonlinear of material and each working state, get the theoretic formula, then use ABAQUS to simulate lots of members to identify the theoretic formula and revise it.
Hollow concrete filled steel tubular column as an important support, the bearing capacity of it when suffering fire has changed a lot, it will greatly restrict the structure’fire resistance, so it is very important to study the bearing capacity of the column when suffering fire. In the text, considering the nonlinear behaviors of the material, the heat behaviors of the material, the Tao Gu effect of the column, by the usage of the ABAQUS to simulate the member under the uniform ISo-834 around it to get the load bearing capacity, in the end to get the ratio coefficient between the bearing capacity under normal temperature and fire.
空心钢管混凝土柱作为结构的重要承载部位,其受火后的承载力变化十分明显,对结构整体的抗火性能有着非常重要的制约作用,因此研究空心钢管混凝土柱受火后的承载力非常重要。本文考虑材料力学性能的非线性,材料热工性能随温度而变化的特性,二者的套箍效应等因素,利用有限元软件ABAQUS模拟四周均匀受火的空心钢管混凝土的轴压承载力,得到其与常温下承载力的比值系数表格,为工程实际抗火提供依据。
In real engineering field, the use of hollow concrete filled steel tubular has became very widely. The study of its behavior becomes very important, in order to design HCFST structure, we have to know the column’linear stiffness, we need to know the girder’flexual stiffness, so we may use“D method”to calculate the effects when the structure suffered the horizontal load; in order to verify the bearing capacity of HCFST, we had to know the stiffness to calculate the maximal stress. But the HCFST is one kind of combined structure, in the use stage it will produce TaoGu effect, and the concrete will crack when it is under pulling strength, so the stiffness has no long directly from the plus of each part. In the text, first analysis the mechanism after inflict load to it, take into account the nonlinear of material and each working state, get the theoretic formula, then use ABAQUS to simulate lots of members to identify the theoretic formula and revise it.
Hollow concrete filled steel tubular column as an important support, the bearing capacity of it when suffering fire has changed a lot, it will greatly restrict the structure’fire resistance, so it is very important to study the bearing capacity of the column when suffering fire. In the text, considering the nonlinear behaviors of the material, the heat behaviors of the material, the Tao Gu effect of the column, by the usage of the ABAQUS to simulate the member under the uniform ISo-834 around it to get the load bearing capacity, in the end to get the ratio coefficient between the bearing capacity under normal temperature and fire.
引文
1蔡绍怀.现代钢管混凝土结构.人民交通出版社. 2003:5~7
2包世华,方鄂华.高层建筑结构设计(第二版).清华大学出版社. 1990:91~129
3钟善桐.钢管混凝土结构(第3版).清华大学出版社. 2003:362
4钟善桐.钢管混凝土结构(修订版).黑龙江科学技术出版社. 1995:1
5韩林海.钢管混凝土结构—理论与实践.科学技术出版社. 2007:1
6钟善桐.钢管混凝土统一理论—研究与应用.清华大学出版社. 2006
7蔡绍怀.现代钢管混凝土结构.人民交通出版社. 2003:5:177~179
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10董毓利.混凝土结构的火安全设计.科学技术出版社. 2001
11徐秉业,刘信声.应用弹塑性力学.清华大学出版社. 2007
12黄宏.中空夹层钢管混凝土压弯构件的力学性能研究.博士论文.福州大学. 2006
13张素梅,钟善桐.空心钢管混凝土受弯构件理论分析方法.哈尔滨建筑工程学院学报. 1999
14王补宣.工程传热传质学.科学出版社.1982:50~52
15传热学基础.高等教育出版社. 2004:50~60
16齐晗兵.高温火灾作用下钢管混凝土结构传热数值模拟计算.硕士学位论文.大庆石油学院. 2003
17李易.钢管混凝土框架柱抗火性能的研究.硕士学位论文.华中科技大学. 2006
18王海华.钢管混凝土结构在火灾条件下温度场分布有限元研究.硕士学位论文.天津大学
19霍静思.火灾作用后钢管混凝土柱—钢梁节点力学性能研究.博士学位论文.福州大学. 2005
20韩林海,贺军利,吴海江,韩庆发.钢管混凝土柱耐火性的实验研究.土木工程学报. 2000
21霍静思,韩林海. ISO—834标准火灾作用后钢管混凝土的轴压刚度和抗弯- 78 -刚度.地震工程与工程振动. 2002
22熊德新.钢管初应力对钢管混凝土构件性能影响的研究.硕士学位论文华中科技大学. 2006
23过镇海.常温和高温下混凝土材料和构件的力学性能.清华大学出版社. 2006
24查晓雄,钟善桐.钢、混凝土和二者组合的构件在各种受火条件下温度场的计算的分析方法.哈尔滨建筑大学学报. 2002
25韩林海,杨有福,霍静思.钢管混凝土柱火灾后剩余承载力的试验研究工程力学. 2001
26庞静.圆钢管混凝土柱在火灾条件下的温度场的计算和应用.硕士学位论文.哈尔滨工程大学. 2007
27葛继平,宗周红.轴压钢管混凝土柱非线性有限元分析.福建建筑. 2005
28张保善,蒋晓东,李四平,范立群,李明生.离心钢管混凝土中心受压柱的研究.郑州工学院学报. 1990
29钟善桐,徐国林.空心钢管混凝土轴压构件的工作性能.哈尔滨工业大学学报. 2006
30卢辉,韩林海.圆钢管混凝土抗弯刚度计算方法探讨.工业建筑. 2004
31王建华.薄壁离心钢管混凝土电杆变形的简化计算.中国电力. 1999
32王建华.锥形钢管杆的变形计算.中国电力. 1995
33金伟良.薄壁离心钢管混凝土扭转全过程简化计算研究.浙江大学学报. 2003
34 Artiomas Kuranovas,Audronis Kazimieras Kvedaras.Advantages and manufacturing of hollow concrete-filled steel tubular elements. Dept of Seel and Timber Structure.Vilnius Gediminas Technical University
35 Mohamed Elchalakani, Xiao-Ling Zhao. Tests on concrete filled double-skin(CHS outer and SHS inner) composite short columns under axial compression. THIN-WALLED STRUCTURE .2002
36 M.Mouli, H. Khelafi . Strength of short composite rectangular hollow section columns filled with lightweight aggregate concrete ENGINEERING STRUCTURES .2007
37石亦平,周玉蓉. ABAQUS有限元分析实例.机械工业出版社. 2007
38哈尔滨工业大学主编.混凝土及砌体结构.中国建筑工业出版社. 2002
39哈尔滨工业大学主编.材料力学.
40么达.钢结构抗火设计研究.申请硕士学位论文.天津大学. 2003
41赵金城沈祖彦钢结构抗火分析中的材料模型工业建筑1996
42金伟良,袁伟斌.离心钢管混凝土短柱火灾下与火灾后的极限承载力.浙江大学学报. 2006
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41赵金城沈祖彦钢结构抗火分析中的材料模型工业建筑1996
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