钢管混凝土轴压构件抗火承载力的计算.pdf

钢管混凝土轴压构件抗火承载力的计算 李国强贺军利 （同济大学上海! " " " # !） 韩林海 （哈尔滨建筑大学 $ % " " # "） ［提要］ 采用 * 0 + : . : 7 0 2 7 , . 3 . ? 0 5 . : 3 0 4 6 , .8 + 5= . . 27 + , , 6 . :0 1 3 3 8 , 0 1 - 81 5 6 2 - 3 8 . 7 0 / ? 1 3 . , ? , 0 - , + /，+ 2 : 3 8 . , . - , . 5 5 6 0 2 4 0 , / 1 * + 5 + , . . 5 3 + = * 6 5 8 . : @ A , 0 /3 8 . 7 0 / ? . , 6 / . 2 3 5，6 3 6 5 7 0 2 7 * 1 : . :3 8 + 3 3 8 . 4 0 , / 1 * + 5+ , .+ ? ? * 6 7 + = * . C 6 3 8, . + 5 0 2 + = * .+ 7 7 1 , + 7 ; 4 0 , 4 6 , . < , . 5 6 5 3 + 2 3: . 5 6 - 20 4 7 0 2 7 , . 3 . 4 6 * * . :5 3 . . * 3 1 = 1 * + , 7 0 * 1 / 2 5 @ ! " # $ % * 0 + : . :；4 6 , . < , . 5 6 5 3 + 2 3；* 0 + : < = . + , 6 2 -7 + ? + 7 6 3 ; 一、 前言 目前， 国内外对钢管混凝土柱的抗火性能已进 行了较深入的研究， 但大多数都集中在对它的耐火 极限 （时间） 的研究上， 而对它的抗火承载力研究得 较少， 而从结构工程这一学科来说， 抗火承载力这一 概念应用起来会更方便、 更广泛。最近， 英国学者提 出了计算温度场、 极限承载力和截面抗弯刚度的简 化计算公式 ［$］， 在给定任意标准升温条件下的升温 时刻， 根据公式的计算， 可求出轴压稳定抗火承载 力。该方法具有一定的局限性。第一， 在求截面刚 度时， 只是将钢管、 混凝土高温时的抗弯刚度简单叠 加在一起， 没有考虑两者的组合作用； 第二， 求稳定 承载力用到的稳定系数， 是经过与实验结果对比后 选用的常温情况之一， 因而具有一定的近似性； 第 三， 该方法必须求温度场， 计算较麻烦。实际上， 对 某一钢管混凝土柱在给定的标准升温条件下的耐火 时间来说， 截面温度场是一定的， 其抗火承载力也是 一定的， 两者存在一一对应的关系， 只不过随着升温 时间的增加， 温度场各点的温度不断升高， 构件抗火 承载力不断下降而已。因此， 只要一步能求出构件 的抗火承载力， 就没必要再求温度场。 本文根据钢管和混凝土高温时的应力<应变关 系， 利用数值方法编制了计算钢管混凝土在标准升 温时抗火承载力的计算程序， 经过大量统计分析和 计算， 考虑了主要的影响因素， 得到了与常温承载力 形式相似的钢管混凝土轴压构件抗火承载力的公 式， 使用方便， 与试验结果对比， 符合较好。 二、 高温下钢管和混凝土的应力<应变关系 $ D钢管 采用 E ， 弹性模量"E， 具体表达式为： ! ; E # $$ %5 F G F * 2 （%5／$F % " （） ）!; "EH（$I$ F@ !J$ " I$ !%K 5L$ $@ MJ$ " I#%N 5 IN K@ %J$ " IF%! 5L$ %@ #J$ " I%% 5）" （"O!%5!G " "O） 式中： %5为钢构件的温度，O；!;为常温下钢材的 屈服强度， P／// !； ! ; E 为温度%5时钢材的屈服强 度， P／// !； "为常温下钢材的弹性模量，P／// !； "E为温度%5时钢材的弹性模量，P／// !。 ! D混凝土 采用文 ［N］ 中高温时的混凝土的应力<应变关系： !#!" /5#; .5/ # ! # ! (; /5#; .5/ # ! # ! 5- < ! # . .; :5(; :5- 5> # ( ( : -; = ( : -; = ( : -; = / . :; # / . :; # / ( /; - ( <; - ( ; > ( = . >; = < < =; - < . (; ; / : : .; ! > - >; / . :; - < :; = - :; : : :; !; > > - !; = ; /5-; ( # =; #5-; ( < /; #5.; . : / . .; :5# (; < !; # : / . ! ( .; # (! ! ! . :; < - ! # / / # - = ( . ( . #! . ! # ! . ( # ! - : ! . # # ## ! ! 4-; . . 4/; : < 4:; . 4(; : < -; < : : = - ; !5>; ! - ; !5>; ! ( # =; !5.; ! ( # =; !5.; ! !; ! < !; ! !; ! = > ( = ! / -; : /> # ! / #; > > / #; > > : =; : : =; : ! < ( / / : : ( = / ( # -< ! ! (( ! ! - . ! / ! ! - # #; / : # #; 4/; / / 注： 试件#的回归公式与程序计算结果对比 表! $ （6） " % （-） "% !! （<= /） !# , （ (3 ( > *(3 . (3 ( % > < = ? @A B$ > C D B = A E F B G’ = A H I J B I < E $ B A K I EL E I $ % I $ > J < # ’ = A K : K I < E C 1 C < 4 B G AD B = L J B C M I N C，O D P Q，) *，D B )，） ） ； ()为保护 层厚度 （##） 。 参考文献 < H L =U;?C O E$ ’ ’ = < $ J G4 J L > $ B I E F B G A 4 $ I > L = A > < $ H K < 4L E ’ = < B A J B A HJ > A HK B A A >J L # E KA % ’ < K A HB Q E F I E A A = I E F$ E H@ A J G $ E I J K，& ) ) )，( （!） ： & ! (V& 6 +C ! 5 李国强， 蒋首超， 林桂祥5钢结构抗火计算与设计5北京： 中国 建筑工业出版社， & ) ) ) 5 , 5 贺军利5钢管混凝土柱耐火性能的研究5博士学位论文， 哈尔 滨建筑大学， & ) ) * 5 6 5 钟善桐5钢管混凝土结构5黑龙江科学技术出版社， & ) ) 6 5 + 5 W I AXX，P G $ Y < B@C O# A B G < H B <’ = A H I J B B G A 4 I = A = A K I K B $ E J A $ = J > A HG > J L # E K C 1 C < 4Z I = A[ = < B C Q E F = C， & ) ) "，! （6） ： & & &V& ! .C )+