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随着钢管混凝土在建筑工程中的广泛应用,钢管混凝土结构的耐火性能引起了越来越多的学者关注,不少国内外学者相继展开了钢管混凝土柱的耐火试验和理论研究,提出了耐火极限计算公式。然而由于试验条件的制约,国内外的研究成果大多是针对火灾下的单个钢管混凝土构件,目前还没有钢管混凝土框架抗火的实验。
本文利用通用有限元软件ANSYS完成钢管混凝土框架的火灾反应分析,包括温度场,框架柱位移的计算和分析,主要内容包括以下几方面:
1.介绍了温度场的分析理论,给出了相关材料热工参数的取值范围,通过与温度场试验结果的对比,验证计算的正确。
2.在确定温度场分布的基础上,进行热-结构耦合分析,模拟了钢管混凝土柱的耐火性能。
3.模拟了不同截面尺寸和跨度的框架在不同荷载比作用下的耐火性能。
4.对比框架中钢管混凝土柱的耐火性能与常温等效荷载作用下的钢管混凝土单个柱的耐火性能,指出了框架中柱耐火极限提高的原因及规律,拟合出耐火极限提高的修正公式。
通过本文的分析可见:相比于等效荷载作用下的单个柱,框架中钢管混凝土柱耐火极限有不同程度的提高,提高的幅度与荷载比、梁柱初始线刚度比有关。火灾下,随着柱温度的上升,发生热膨胀的同时刚度也在下降,导致了结构的内力重分布,柱上弯矩下降,使得耐火极限提高。