梁破壞模式SRC柱-RC梁框架抗火性能分析

陳少鵬

(蘇州科技大學(xué) 江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215011)

0 前 言

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能的研究正在逐步完善。時(shí)旭東等[1]進(jìn)行了鋼筋混凝土門式框架火災(zāi)試驗(yàn)，分析了高溫下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布規(guī)律和塑性鉸分布規(guī)律。姚亞雄等[2-3]進(jìn)行了單層雙跨框架的試驗(yàn)研究，研究了不同受火方式對(duì)框架變形和溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，并進(jìn)行了高溫下平面框架力學(xué)性能的分析。王廣勇[4]建立了多層多跨的型鋼混凝土平面框架耐火性能模型，研究了火災(zāi)作用下型鋼混凝土平面框架的內(nèi)力分布和倒塌破壞規(guī)律，同時(shí)對(duì)兩種框架的耐火極限進(jìn)行了參數(shù)分析?；诖耍疚慕⒘送夂奢d和火災(zāi)高溫作用下梁破壞模式下SRC柱-RC梁框架的模型。對(duì)梁的荷載比、混凝土抗壓強(qiáng)度、跨度進(jìn)行模型計(jì)算分析，對(duì)這些參數(shù)對(duì)抗火性能和對(duì)框架的耐火性能影響進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 SRC柱-RC梁框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造

本文的試件設(shè)計(jì)參考實(shí)際工程，建立了SRC柱-RC梁框架結(jié)構(gòu)?？蚣芰篢形鋼筋混凝土梁。梁的尺寸為600×300，上部配筋為2C12，下部為2C16，箍筋為C8@150。翼緣寬度為 1 500 mm,厚度 100 mm。梁翼緣板配筋均為C8@150,翼緣板縱筋4C8。柱為型鋼混凝土柱，截面尺寸為450×450，柱高3 300 mm，柱內(nèi)配置H型，鋼型鋼尺寸為300×300×12×12、鋼筋4C20，柱配筋為4C16，箍筋為C8@100。為進(jìn)行參數(shù)分析，在柱火災(zāi)荷載比，梁火災(zāi)荷載比，跨度以及混凝土抗壓強(qiáng)度這四個(gè)參數(shù)的變化下設(shè)計(jì)了15組構(gòu)件。配筋示意見圖1。

圖1 框架構(gòu)件配筋圖

2 SRC柱-RC梁框架有限元模擬簡介

混凝土、型鋼采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元，鋼筋采用2節(jié)點(diǎn)桁架單元。在溫度場(chǎng)分析時(shí)，混凝土熱工參數(shù)采用TT Lie[5]模型，型鋼采用EC3[6]模型，分析時(shí)梁翼緣以下全部受火，采用ISO—834升溫曲線。在力學(xué)分析時(shí)，鋼材力學(xué)參數(shù)關(guān)系采用EC3[6]，混凝土力學(xué)參數(shù)采用TT Lie[5]模型。在相互作用設(shè)置中法向行為采用“硬”接觸。切向行為則采用“罰”函數(shù)公式，摩擦系數(shù)0.6。梁上三分點(diǎn)加載，柱頂加集中荷載，柱底部固支，柱頂約束RX,RZ,UY和UZ。梁破壞模式發(fā)生時(shí)，梁發(fā)生向下的彎曲變形，柱發(fā)生向外的彎曲變形，框架梁接近節(jié)點(diǎn)處、框架梁底跨中塑性變形較大。故本文將重點(diǎn)關(guān)注梁破壞模式的SRC柱-RC梁框架結(jié)構(gòu)的耐火極限及以跨中撓度達(dá)到梁計(jì)算跨度的L/20定義。

3 模型驗(yàn)證

驗(yàn)證文獻(xiàn)[7]中的兩組型鋼混凝土柱-混凝土梁平面梁跨中時(shí)間-位移曲線進(jìn)行了驗(yàn)證?？蚣軜?gòu)造信息見表1，模型驗(yàn)證情況見圖2。由圖2可知，總體上利用ABAQUS有限元分析軟件模擬的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)的吻合度較高。

表1 文獻(xiàn)中框架構(gòu)造信息表

圖2 模型驗(yàn)證

4 SRC柱-RC梁框架構(gòu)件抗火性能參數(shù)分析

4.1 梁火災(zāi)荷載比

梁火災(zāi)荷載比的影響見圖3?？梢钥吹诫S著梁火災(zāi)荷載比的減小，框架梁跨中撓度減小且框架梁跨中撓度變化速率減小。梁破壞模式SRC柱-RC梁平面框架結(jié)構(gòu)接近耐火極限時(shí)，框架梁跨中撓度值增大?？傮w來看，梁火災(zāi)荷載比對(duì)框架梁跨中撓度曲線影響較大。

圖3 梁火災(zāi)荷載比對(duì)框架耐火極限

4.2 框架跨度

框架跨度的影響見圖4。隨著梁跨度的增大，框架梁跨中撓度增大，框架梁跨中撓度變化速率增大，耐火極限略有減小?？赡艿脑?yàn)殡S著框架跨度的增大，導(dǎo)致?lián)隙茸兓俾试龃?，在相同荷載比作用下對(duì)梁破壞模式框架結(jié)構(gòu)的耐火極限有著明顯的影響。

圖4 框架跨度對(duì)框架耐火極限

4.3 混凝土抗壓強(qiáng)度

圖5為混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的影響。隨框架混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的增加，框架梁跨中撓度變化速率增大，耐火極限顯著減小。隨著混凝土強(qiáng)度的提高，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線的下降段會(huì)越來越陡，平面框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平隨著應(yīng)變而增大。總體來看，混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度對(duì)框架耐火極限影響較大。

圖5 混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)框架耐火極限

5 結(jié) 論

1)梁的荷載比對(duì)梁破壞模式下的SRC柱-RC梁平面框架的影響顯著，隨著梁火災(zāi)荷載比的增加，對(duì)于梁破壞模式的框架，框架的耐火極限越來越小。

2)在相同荷載比的條件下，增大框架的跨度，疊合梁的耐火極限略有降低。

3)在梁和柱的荷載比相同的情況下，隨著混凝土抗壓強(qiáng)度的提高,耐火極限會(huì)顯著降低。

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