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钢管混凝土柱—钢混凝土组合梁平面框架抗火性能研究

作　者: 周林超
导　师: 丁发兴
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 钢-混凝土组合结构钢管混凝土钢-混凝土组合梁高温火灾本构关系非线性分析 ABAQUS 抗火性能
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文对常温和高温(火灾)下钢-混凝土柱组合结构的受力性能进行深入的理论分析,主要工作如下：(1)提出适用于常温下ABAQUS有限元分析的混凝土本构关系模型,根据圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-应变曲线试验结果,确定ABAQUS中混凝土塑性损伤本构模型的膨胀角为40°；提出适用高温下ABAQUS有限元分析的钢材和混凝土热-力耦合本构关系模型,根据圆钢管混凝土柱的抗火性能试验结果,确定钢材和混凝土热-力耦合本构关系具体表达式。(2)利用ABAQUS软件对栓钉剪力连接件进行推出静力仿真分析,计算结果与试验结果吻合较好,在此基础上,进行大量的参数分析,提出用于计算栓钉抗剪极限承载力和荷载-滑移曲线的计算公式。(3)利用ABAQUS软件建立钢-混凝土组合梁有限元模型,对钢-混凝土组合梁的荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线进行模拟与试验结果吻合较好。(4)基于给定钢材和混凝土热工参数,利用ABAQUS软件建立钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁、钢-混凝土组合框架温度场有限元模型,模拟其火灾时间-温度曲线,计算结果与实测结果符合较好。基于钢材和混凝土热-力耦合本构关系模型,利用ABAQUS软件建立高温下(火灾下)钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁、钢-混凝土组合框架有限元模型,模拟了各种试件的火灾时间-变形曲线,计算结果与实测结果符合较好。(5)在验证高温下(火灾下)组合结构有限元模型正确性的基础上,考察荷载水平、混凝土强度、钢材强度、含钢率和保护层厚度对钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,结果表明保护层厚度是影响钢-混凝土组合梁抗火性能的最主要因素；考察轴压比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和保护层厚度对钢管混凝土柱抗火性能的影响,结果表明保护层厚度是影响钢管混凝土柱抗火性能的最主要因素；考察荷载水平、混凝土强度、钢材强度、含钢率和保护层厚度对钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架抗火性能的影响,结果表明保护层厚度是影响钢-混凝土组合框架抗火性能的最主要因素。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 选题的背景及意义  8-10
    1.1.1 选题的背景  8-10
    1.1.2 选题的意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 钢管混凝土柱抗火研究  10-12
    1.2.2 钢-混凝土组合梁抗火研究  12-13
    1.2.3 钢-混凝土组合框架抗火研究  13-15
    1.2.4 钢-混凝土组合结构抗火设计方法  15
  1.3 已有研究中存在的不足  15-16
  1.4 研究思路与内容  16-17
第二章常温下钢-混凝土组合结构受力性能研究  17-41
  2.1 概述  17
  2.2 钢管混凝土柱非线性有限元分析  17-25
    2.2.1 模型的建立  17-20
    2.2.2 计算结果与实验结果对比分析  20-25
  2.3 钢-混凝土组合梁非线性有限元分析  25-40
    2.3.1 栓钉剪力连接件粘结-滑移性能研究  25-36
    2.3.2 钢-混凝土组合梁非线性有限元分析  36-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章高温下钢-混凝土组合结构抗火性能研究  41-71
  3.1 概述  41
  3.2 钢-混凝土组合结构温度场有限元基本理论  41-45
    3.2.1 高温下材料的热工性能  41-43
    3.2.2 温度场求解的基本理论  43-45
  3.3 钢-混凝土组合结构温度场有限元分析  45-55
    3.3.1 钢管混凝土柱温度场有限元分析  45-48
    3.3.2 钢-混凝土组合梁温度场有限元分析  48-52
    3.3.3 钢-混凝土组合框架温度场有限元分析  52-55
  3.4 高温下钢-混凝土组合结构非线性有限元分析  55-70
    3.4.1 材料的热-力耦合本构关系  55-59
    3.4.2 高温下钢管混凝土柱非线性有限元分析  59-63
    3.4.3 高温下钢-混凝土组合梁非线性有限元分析  63-66
    3.4.4 高温下钢-混凝土组合框架非线性有限元分析  66-70
  3.5 本章小结  70-71
第四章钢-混凝土组合框架结构耐火极限参数分析  71-80
  4.1 概述  71
  4.2 钢管混凝土耐火极限分析  71-73
    4.2.1 轴压比对柱变形和耐火极限的影响  71-72
    4.2.2 钢材屈服强度对耐火极限的影响  72
    4.2.3 混凝土强度等级对耐火极限的影响  72-73
    4.2.4 含钢率对耐火极限的影响  73
  4.3 钢-混凝土组合梁耐火极限分析  73-76
    4.3.1 荷载水平对钢-混凝土组合梁耐火极限的影响  74
    4.3.2 混凝土强度对钢-混凝土组合梁耐火极限的影响  74-75
    4.3.3 钢材强度对钢-混凝土组合梁耐火极限的影响  75
    4.3.4 钢梁壁厚对耐火极限的影响  75
    4.3.5 保护层厚度对钢-混凝土组合梁耐火极限的影响  75-76
  4.4 钢-混凝土组合框架耐火极限分析  76-78
    4.4.1 荷载水平对钢-混凝土组合框架耐火极限的影响  76-77
    4.4.2 混凝土强度对钢-混凝土组合框架耐火极限的影响  77
    4.4.3 钢材强度对钢-混凝土组合框架耐火极限的影响  77
    4.4.4 含钢率对耐火极限的影响  77-78
    4.4.5 保护层厚度对钢-混凝土组合框架耐火极限的影响  78
  4.5 本章小结  78-80
第五章结论与展望  80-83
  5.1 主要结论  80-81
  5.2 需进一步研究的问题  81-83
参考文献  83-90
致谢  90-91
攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况  91

钢管混凝土柱—钢混凝土组合梁平面框架抗火性能研究

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