T形型钢混凝土异形柱火灾后的抗震性能试验研究

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型钢混凝土异形柱通过截面配置型钢,可显著提高结构体系的承载力、刚度、位移延性及变形能力,其应用日趋广泛。火灾损伤,造成混凝土和内部型钢材料性能的退化,势必导致型钢混凝土异形柱其抗震性能的改变,而国内外尚未见有对此方面的研究报道。因此,本文开展了T形型钢混凝土异形柱在不同试验参数下的火灾损伤和在灾后抗震的试验研究,主要的工作内容和结论如下:1.对7根T形型钢混凝土异形柱进行了火灾损伤试验研究,深入分析了火灾后其表观试验现象和裂缝开展规律,以及在火灾下截面温度场分布和竖向变形规律,试验结果表明:(1)火灾损伤后,混凝土表面出现明显的颜色变化和表面裂缝;(2)混凝土的升温速率和截面温度随着距受火面距离的增加而减小,在100℃附近有明显的温度平台;(3)混凝土的热惰性在火灾下表现明显,混凝土温度变化明显滞后于炉温,内部测点温度滞后于外部测点;(4)火灾下,异形柱的变形主要由温度引起,试件受热膨胀产生轴向变形且呈线性增长。2.对7根火灾损伤试验柱和1根未受火试验柱进行了抗震性能试验研究,深入分析了各试验柱的受力特点、破坏过程和最终破坏形态,试验结果表明:(1)异形柱的破坏过程均经历弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,每个阶段都有不同的受力特点和试验现象;(2)箍筋对混凝土起到了有效的约束作用,能有效的传递剪力,防止剪力滞后的发生;(3)轴压比的提高,增加了构件截面的应力,在弯矩作用下翼缘背面上下端混凝土更容易发生弯曲压碎破坏;(4)剪跨比的提高降低了翼缘背部侧面上下端混凝土的弯曲压碎破坏程度;(5)火灾损伤,削弱了翼缘作用,其纵向抗剪最不利截面较未受火柱更靠近翼缘。3.对火灾后T形型钢混凝土异形柱的抗震性能进行了深入的分析,分析结果表明:(1)混凝土开裂前,其应变沿截面高度分布仍符合平截面假定,混凝土开裂后平截面假定不再成立;(2)火灾损伤明显削弱异形柱的滞回性能,位移延性和耗能能力,降低了构件的屈服强度和极限承载力,加速了强度和刚度的衰减;(3)轴压比是结构和构件抗震性能的重要影响因素,轴压比的提高,增加了截面的受压区高度,限制了截面转动,提高了构件的初始刚度和强度,滞回耗能随位移增加显著提高,但增加了脆性破坏和钢骨的变形失稳的可能,从而降低了构件的位移延性,后期加速了强度衰减和刚度退化;(4)剪跨比是影响火灾后T形型钢混凝土异形柱抗震性能的重要因素,剪跨比的提高降低了构件的初始刚度、极限承载力和耗能性能,但其强度衰变缓。剪跨比在2.0左右以下随着剪跨比的增加延性变差,在2.0左右以上位移延性随着剪跨比的增加而提高;(5)配箍率的增加可显著改善构件的位移延性和滞回耗能能力,提高构件的承载力,延缓构件的刚度和强度退化。
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