钢筋混凝土框架节点的抗火性能试验研究

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钢筋混凝土框架结构是目前世界范围内应用最广泛的结构形式之一,框架节点作为连接构件与结构的中间环节,对结构的安全性起到了决定性的作用。世界各国对于钢筋混凝土框架节点的静力学以及抗震性能的研究已经十分成熟,成果丰富,而对其抗火性能的研究仅处于起步阶段,鲜有文献报道。因此,对钢筋混凝土框架节点抗火性能的研究便具有十分重要的理论与现实意义。另外,随着耐火混凝土在其它领域的应用,其在建筑结构上的应用也受到了广泛关注。本文在理论分析和模拟火灾试验的基础上对钢筋混凝土框架节点的抗火性能进行了研究,并对磷酸镁水泥耐火混凝土的性能进行了初步探讨,主要包括以下几个方面: 一、利用大型火灾试验炉对钢筋混凝土足尺框架节点进行了抗火性能试验研究。试验采用ISO标准升温曲线和最不利的四面受火方式,通过实验,观察和分析了节点的温度场分布规律、火灾高温与荷载耦合作用下的变形规律、耐火极限和破坏特征等。 二、在试验的基础上,利用ABAQUS软件对节点的温度场进行了理论分析,与试验结果比较吻合较好。 三、对磷酸镁水泥耐火混凝土的配比及力学性能进行试验研究,为工程应用奠定了基础。 通过上述研究得出以下初步结论: 1、试验的3个节点都是由于节点梁的外端位移首先达到最大挠度而达到耐火极限,梁端荷载比对节点的耐火极限有明显的影响。 2、各测点的温度—时间曲线在100℃附近有一个平台。原因是混凝土中的水分受热蒸发成为水蒸汽,这个过程要吸收一定的热量。由于截面内部水蒸汽蒸发相对缓慢,截面内部测点的平台持续时间大于截面边缘的测点。 3、在节点四面抗火试验的升温过程中,形成了由外向内的温度梯度。主要由混凝土的热惰性引起。节点核心区的温度较梁柱截面明显偏低。这可能是周围梁柱端对节点核心的“围护”作用所致。 4、梁内端的破坏并没有发生在弯矩最大的截面(即梁柱相交截面),而是向外移动了一段距离。原因是第3条中梁柱端对节点核心的“围护”作用使得核心区附近梁柱刚度退化不明显,保持了较高的混凝土强度,从而塑性铰向劣化相对严重的梁区段移动。 5、爆裂主要发生在节点梁柱的受压区,深度不超过主筋保护层,节点核心区除爆裂外没发生别的破坏现象。 6、验证了ABAQUS在结构传热分析中的适用性。 7、通过一系列的试验及分析,得出了普通强度和高强度磷酸镁水泥混凝土,总结了各影响因素对其性能的影响规律。同时,还总结了磷酸镁水泥净浆以及砂浆的受压应力—应变曲线特点和相应规律。
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