火灾下钢筋混凝土板柱节点力学性能研究

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钢筋混凝土板柱结构是由楼板和柱组成其承重体系的结构,由于它具有施工速度快、层间高度低等优点,所以在实际工程中应用很广泛。然而钢筋混凝土板柱结构的薄弱环节是板柱节点,当钢筋混凝土板柱板点发生破坏时会引起板柱结构连续性倒塌破坏。目前国内外对常温下钢筋混凝土板柱结构的力学性能已有了部分研究成果。然而对于高温下板柱结构的力学性能研究尚浅。因此深入研究板柱节点的抗火性能具有很强的工程应用和理论价值意义。本文以钢筋混凝土板柱节点和钢筋混凝土板柱结构为研究对象,对火灾下板柱节点的力学性能和常温下板柱结构抗连续倒塌进行深入研究,主要研究工作如下:首先对高温下板柱节温度场分析进行研究,以比利时根特大学Anberel的试验为基础,利用ABAQUS有限元软件,对板柱节点温度场分析进行数值模拟。通过有限元软件的模拟结果与相关板柱节点试验结果进行对比,证明高温下板柱节点有限元模型分析的准确性。进而讨论了不同升温曲线、板柱节点受火面、板柱节点受火时间、柱截面尺寸和楼板保护层厚度等对板柱节点截面温度场的影响。板柱节点温度场模拟分析是分析高温下钢筋混凝土板柱节点热-力耦合研究的重要数据基础。其次,在钢筋混凝土板柱节点截面温度场分析的基础上,应用ABAQUS软件对Anberel的试验进行热-力耦合分析模拟。通过有限元软件ABAQUS模拟结果与试验结果进行对比,证明热-力耦合分析的准确性。进而分析了板柱节点的破坏过程和失效机理及在均布荷载下板柱节点力学下降规律,更进一步分析了不同受火时间、受火面、截面尺寸和配筋率等对板柱节点的极限承载力的影响。结果表明:受火时间、楼板配筋率和受火面对板柱节点的极限承载力影响较高,截面尺寸对板柱节点的极限承载力影响不大。最后,在板柱节点中性层设置斜向钢筋,研究斜向钢筋对于常温下板的抗冲切性能和抗穿透性能的提高率。根据板柱节点分析的基础,建立板柱结构有限元模型,分别对板柱结构的中柱、边柱和角柱失效后的受力性能进行分析预测。研究结果表明:在高温条件下,板中设置斜向钢筋,会提高板的抗冲切性能和抗穿透性能;板中部设置斜向钢筋在相对配筋率为100%时最适宜,对穿透时间提高率增长的最多。揭示了加入斜向钢筋的板柱结构的受力性能和延缓了柱结构抗连续倒塌时间,为板柱结构设计提供了参考。
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