文档介绍：华侨大学
硕士学位论文
轴压薄壁钢管混凝土柱抗火性能研究
姓名:李俊锋
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:高轩能
20090601
华侨大学 2009 届硕士学位论文摘要
摘要
薄壁钢管混凝土柱是轻钢-混凝土组合构件的一种,兼备轻钢结
构和混凝土结构的优点,具有抗震性能好、承载力高、施工速度快、
形式灵活和节约材料等特点,因而在国内外受到建筑界越来越多的
关注和研究。薄壁钢管混凝土柱在常温下的力学性能研究开展较多,
而对其在火灾高温下的耐火性能研究较少,在火灾危害越来越严重
的今天,其耐火性能的研究亟待开展。
论文在考虑材料非线性和几何非线性的基础上,采用有限单元
法与有限差分法相结合的方法,利用 ANSYS 分析软件计算矩形薄
壁钢管混凝土柱的温度场及耐火极限。首先,建立了常温下薄壁钢
管混凝土柱的非线性有限元模型,求解其极限承载力,为火灾下施
加的荷载比提供依据,有限元计算结果与文献试验结果吻合较好。
其次,编写了 ANSYS 热分析程序,在得到相关试验验证的基础上,
分析了在 ISO-834 标准升温曲线下,薄壁钢管混凝土柱截面的温度
场随时间的变化情况。最后,编制了 ANSYS 热-力耦合场分析程序,
通过相关文献中的试验验证了程序的可行性和合理性, 并设计了几组
薄壁钢管混凝土柱,用耦合场分析程序计算了其耐火时间,结合各
种影响因素对其进行了参数化分析。
通过有限元软件的计算和理论分析,主要得出以下结论:1) 在
用 ANSYS 软件建立薄壁钢管混凝土柱的有限元模型时,对钢管与
混凝土的界面采用接触单元模拟,会取得较为理想的结果。2) 在
I
华侨大学 2009 届硕士学位论文摘要
ISO-834 标准升温曲线下,受火方式对薄壁钢管混凝土柱的温度场
分布有较大影响,其中以四面受火时截面的温度升高最快。3) 在柱
处于两面受火的情况时,两长边对面受火对应的截面温度升高最快,
两邻面受火时截面升温最慢。4) 防火涂料对柱截面的温度场影响最
大,其它因素的改变只导致混凝土的温度一定程度改变,对钢管的
温度影响不明显。5) 当荷载比一定时,在薄壁钢管混凝土柱耐火
极限的影响因素中,防火涂料厚度影响的程度最大,截面尺寸和长
细比都有一定程度的影响,而其它因素对耐火时间影响不太明显。
关键词:薄壁钢管混凝土柱;耐火性能;极限承载力;温度场;耐
火极限
II
华侨大学 2009 届硕士学位论文 Abstract
Abstract
The concrete-filled thin-walled steel tubular (CFTST) columns are a
kind of light steel-posite members, comprising of the merits
of light steel and concrete. They have many advantages such as good
antiseismic performance, high bearing capacity, efficient construction,
diversity in forms, saving material and so on, therefore they are paid more
attention and studied more and more in construction field home and
abroad. The mechanical behaviours of CFTST in normal temperature are
studied quite a lot, but the research about their behavior under fire is few,
so the studies about the fire resistance are needed at present as the fire
damages e more and more serious.
This paper adopts bination method of finite element method
and finite difference method, and calculates the temperature field and fire
duration of rectangle columns of CFTST with ANSYS programs,
considering the nonlinearity