鋼管混凝土柱的抗火性能分析及防火措施12級結(jié)構(gòu)工程沈會鋼管混凝土柱抗火研究背景用Abaqus模擬分析鋼管混凝土柱抗火性能鋼管混凝土柱機理分析及影響耐火極限的因素防火保護層厚度的計算鋼結(jié)構(gòu)抗火性能差隨著溫度升高，屈服強度下降，超過600℃時，鋼材將會喪失絕大部分的強度和剛度。鋼管混凝土柱國外由于沒有合理的考慮鋼管對其核心混凝土的約束作用,計算結(jié)果大都偏于保守且和試驗結(jié)果差異較大，得到的計算結(jié)果也不夠準確。它們一般提高鋼管混凝土柱本身的抗火性能來提高耐火極限。國內(nèi)方面主要是韓林海做了大量的實驗研究和理論分析，指出了鋼管和混凝土之間的相互作用能提高抗火性能。國內(nèi)目前采取的防火措施一般用防火涂料，給出了一些保護層厚度計算公式。國內(nèi)外大量試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：火災時，構(gòu)件變形穩(wěn)定,達到耐火極限時仍保持較好整體性?；馂暮?，截面的力學性能比高溫下有所改善，結(jié)構(gòu)整體性比火災中也有所提高。結(jié)論:鋼管混凝土柱有著良好的抗火性能。受火機理：溫度的提高,鋼失去承載力,鋼管壁仍“套箍”混凝土。但混凝土的熱傳導率很低,其強度喪失的速度低于鋼管,構(gòu)件承受的荷載逐漸轉(zhuǎn)移到混凝土。最終在鋼管失去強度后,核心混凝土將承擔全部荷載。有限元Abaqus分析鋼管混凝土柱抗火鋼材采用ABAQUS軟件中提供的等向彈塑性模型，混凝土采用ABAQUS軟件中提供的塑性損傷模型。截面尺寸B×ts=273.1×5.56mm，鋼材屈服強度350MPa，混凝土圓柱體強度29MPa，構(gòu)件兩端固結(jié)，初始彎曲取1/1000桿長，作用在構(gòu)件上荷載525kN。有限元Abaqus分析鋼管混凝土柱抗火在構(gòu)件加載位置施加荷載N，保持外荷載，調(diào)用溫度場分析結(jié)果計算?？梢缘玫皆撲摴芑炷林挠嬎爿S線變形(Δ)-受火時間(t)關(guān)系曲線。破壞形態(tài)鋼管mises應力混凝土縱向應力(a)A點(0min)(b)B點(23min)混凝土全截面受壓，呈帶狀分布，由于初始彎曲，在外荷載作用下一側(cè)壓應力較高。荷載主要由鋼管承擔，截面混凝土溫度外高內(nèi)低，高溫區(qū)熱膨脹變形受到低溫區(qū)的約束，因此高溫區(qū)混凝土為壓應力，內(nèi)部低溫區(qū)混凝土為拉應力。(c)C點點(33min)(d)D點點(68min)隨著截面面內(nèi)外溫溫差的減減小，外外圍混凝凝土壓應應力和內(nèi)內(nèi)部拉應應力有所所減小。核心混混凝土開開始承受外荷荷載?；炷猎谠跍囟群秃屯夂奢d載作用下下，壓應應力進一步增加。(e)E點點(100min)隨著混凝凝土溫度度的進一一步升高高，材料料屬性惡惡化較為為嚴重，，破壞時時壓應力力最大區(qū)區(qū)域在截截面中心心偏下，，即偏向向構(gòu)件彎彎曲內(nèi)側(cè)側(cè)，此時時整個截截面混凝凝土為受受壓狀態(tài)態(tài)。單個鋼管管混凝土土柱構(gòu)件件抗火機機理分析析材料物理理性質(zhì)：：混凝土的的熱容比鋼材大大得多,導熱系數(shù)數(shù)卻比鋼材材小得多多。鋼材的密度是混凝土土的三倍倍,但含含鋼率在在10%左右,混凝土土的體積積將是鋼鋼管的10倍以以上。外部鋼管管雖然升升溫較快快,但但內(nèi)部混混凝土升升溫滯后后,且且溫度沿沿截面分分布很不均勻。對外外部鋼管管而言,由于于其熱量量充分被被核心混混凝土吸吸收,也也使外外部鋼管管溫度升升高的幅幅度低于于純鋼結(jié)結(jié)構(gòu)。單個鋼管管混凝土土柱構(gòu)件件抗火機機理分析析由于鋼管管和核心心混凝土土之間變變形不一一致,存存在相互作用用問題,使它們處于復雜應力力狀態(tài)。同時,由由于鋼管管保護作作用,核核心混凝凝土在高高溫下不會發(fā)生剝落落和崩裂裂;而鋼鋼管雖然然在高溫溫下己軟軟化,喪喪失強度度而失去去承載能能力，但是內(nèi)部部混凝土土的存在在,保證證鋼管不不發(fā)生失失穩(wěn)和局局部屈曲曲。結(jié)論：二者能夠夠相互作用,協(xié)同互互補,共共同工作作,提高高了鋼管管棍凝土土構(gòu)件的的整體性,使這種種結(jié)構(gòu)具具有很好好的耐火火性能。整體框架架下的鋼鋼管混凝凝土柱抗抗火機理理分析實驗表明明：鋼管混凝凝土框架架底層邊邊柱在框框架結(jié)構(gòu)構(gòu)中的耐火極限承承載力遠遠大于于單個構(gòu)件件的耐火火極限承承載力。這一結(jié)論論說明：現(xiàn)行鋼管管混凝土土防火設設計規(guī)范范采用單單個鋼管管混凝土土柱的耐耐火承載載力進行行設計是是偏于保保守的。。熱量逐漸漸傳入鋼鋼管混凝凝土柱構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部部,鋼鋼管混凝凝土柱的的剛度逐逐漸下降降,框框架中各各個構(gòu)件件之間的的彎矩分分配比例例發(fā)生改改變,導導致彎矩重分分布,到破破壞前彎彎矩遠遠低于于常溫時的的設計彎彎矩,邊邊柱柱柱頭實際際作用的的彎矩下下降導致致其耐火火極限的延長。。影響鋼管管混凝土構(gòu)件耐火火極限的的因素截面尺寸寸、含鋼率、、荷載偏偏心率、、長細比比、保護護層、邊界約束束。(1)截截面尺寸寸鋼管混凝凝土截面面尺寸越大,構(gòu)件的的承載力力降低越越少，耐火極極限得到到提高。(2)含含鋼率含鋼率對對鋼管混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)耐火火極限的的影響較小。(3)荷載偏偏心率隨著荷載載偏心率率對鋼管管混凝土土耐火極極限總體體影響較小。（4）長細比(入)對于圓鋼管管混凝土柱柱,當人人＜90時,長細比越越大,耐火火極限越低低;當人人>90時時,長細比比對耐火極極限的影響響明顯減弱弱。對于方鋼管管混凝土柱柱,當長細細比入＜40時,長細比比越大,耐耐火極限限有增加的的趨勢,但但幅度不不大;當當長細比入入>40時,長長細比越越大,耐耐火極限越越低。(5)保護層層目前一般采采用防火涂涂料保護層層。不同的的保護層材材料,其其效果不太太一樣。對對于相同的的材料,保保護層厚度越大,則構(gòu)件件的耐火極限越越大。(6)邊界界約束條件件與兩端鉸接接和一端鉸鉸接一端固固接的鋼管管混凝土柱柱構(gòu)件相比比,框架架中鋼管混混凝土柱的的抗火性能能有很大的的的提高。。防火措施結(jié)構(gòu)本身抗抗火國外考慮到到勞動力昂昂貴1.配置專專門考慮防火的鋼筋型鋼鋼或鋼纖維維2.通過降降低柱子的的軸壓比防火涂料國內(nèi)目前大大多采用涂涂防火涂料料缺點：大都都偏于保守守而造成浪浪費,經(jīng)濟濟性差且缺缺乏科學性性防火保護層層厚度的計計算影響鋼管混混凝土柱防防火保護層層厚度的主主要參數(shù)包包括:火災荷載比比(n)火災荷載比比越大,防防火保護護層厚度越越大耐火極限(t)要求的耐火極限越越大,防防火保護層層厚度也越越大截面尺寸(C)隨著構(gòu)件直徑（圓鋼管））或截面尺尺寸（方鋼鋼管）越大大，防火保保護層厚度度越小。長細比(人人)長細比的越小，防火保護護層厚度也也越小鋼管混凝土土柱防火保保護層厚度度簡化計算算方法對于圓鋼管管混凝土柱柱：對于方鋼管管混凝土柱柱：基本參數(shù)為為：耐火極極限t=1.0~3.0h；；柱截面周周長C，長細比=10~80。該方方法將火災災荷載比n假定為定定值0.77，僅考慮了了耐火極限限（l）、截面尺尺寸（c））和長細比比（人）三個因素素。結(jié)語由于鋼管混凝土土柱具有較較好的耐火火性能,在在柱子外外圍只需進進行適當?shù)牡?/p>