分類號 密級 U D C 編號 士學(xué)位論文 論文題目 高溫下圓鋼管自密實混 凝土柱抗火性能研究 學(xué)科、專業(yè) 結(jié) 構(gòu) 工 程 研究生姓名 張 麗 霞 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 余志武 教授 二八年五月 碩士學(xué)位論文 摘要 I 摘 要 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于良好的受力性能在土木工程中得到廣泛應(yīng)用。 目前國內(nèi)外學(xué)者對高溫下鋼管混凝土的研究大部分集中于對高溫下鋼管普通混凝土的研究， 而對高溫下鋼管自密實混凝土的研究相對較少。 本文針對高溫下圓形鋼管自密實混凝土柱的抗火性能進(jìn)行了試驗研究和理論分析，具體研究內(nèi)容如下： 1、采用合理的高溫下鋼材和混凝土的熱工性能參數(shù)，較詳盡地討論了溫度場的計算方法。采用 模研究本文試驗中帶保護(hù)層鋼管混凝土柱的鋼管表面溫度場， 理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。 2、進(jìn)行了 11 根圓鋼管自密實混凝土柱的高溫抗火性能試驗研究，主要測量鋼管表面的溫度場、 構(gòu)件軸向變形和跨中側(cè)向位移隨時間的變化關(guān)系；分析了各種因素對耐火極限和軸向變形、跨中側(cè)向位移曲線的影響規(guī)律。 3、采用基于普通鋼管混凝土柱抗火性能的鋼材和混凝土的高溫力學(xué)性能及其熱 利用 模模擬了高溫下鋼管混凝土柱的軸向變形和跨中側(cè)向位移隨時間的變化關(guān)系， 并與鋼管自密實混凝土柱的試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。 4、采用上述 型分析了含鋼率、荷載偏心率、軸壓比和防火保護(hù)層厚度對高溫下鋼管混凝 土柱耐火極限的影響規(guī)律。 關(guān)鍵詞： 鋼管混凝土柱，溫度場，抗火性能，非線性，有限元 碩士學(xué)位論文 摘要 ue to on on on a of at of as (1) On of of of is to on of of (2) on of of of of on of is It of (3) on of is to of of of (4) on of on is It of 碩士學(xué)位論文 摘要 士學(xué)位論文 目錄 錄 第一章 緒論 .鋼管混凝土的特點 .鋼管混凝土的發(fā)展和應(yīng)用 .鋼管混凝土抗火研究現(xiàn)狀 . 國外的研究狀況 . 國內(nèi)的研究狀況 . 目前研究中存在的問題 .研究思路及主要內(nèi)容 .二章 鋼管混凝土柱截面溫度場理論分析 .引言 .高溫下材料的熱工性能 . 高溫下鋼材的熱工性能 . 高溫下混凝土的熱工性能 . 高溫下防火保護(hù)材料熱工性能 .傳導(dǎo)方程及其定解條件 . 熱傳導(dǎo)方程 . 定解條件 .溫度場的求解方法 . 單元劃分和溫度場的離散 . 溫度插值函數(shù) . 溫度場單元變分計算 . 溫度場的總體合成 . 線性方程組的求解 .鋼管混凝土柱溫度場數(shù)值分析 . 模 . 結(jié)果分析 .本章小結(jié) .三章 高溫下鋼管自密實混凝土柱抗火性能試驗研究 .引言 .試驗研究概況 .士學(xué)位論文 目錄 V 試件設(shè)計及試驗內(nèi)容 . 試驗裝置介紹 . 測量內(nèi)容及方法 . 試驗步驟 .試驗結(jié)果與分析 . 試驗現(xiàn)象 . 高溫下鋼管表面溫度場 . 高溫下構(gòu)件的軸向變形 . 高溫下構(gòu)件的跨中撓度 .參數(shù)分析 . 耐火極限影響因素分析 . 軸向變形曲線影響因素分析 . 跨中撓度曲線影響因素分析 .本章小結(jié) .四章 高溫下鋼管混凝土柱非線性有限元分析 .引言 .鋼材的高溫力學(xué)性能 . 熱膨脹系數(shù) . 高溫下鋼材的高溫蠕變 . 高溫下鋼材的本構(gòu)關(guān)系 .混凝土的高溫力學(xué)性能 . 熱膨脹系數(shù) . 壓應(yīng)力作用下混凝土的瞬態(tài)熱應(yīng)變 . 高溫下混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 .高溫下鋼管混凝土柱非線性有限元分析 . 元的理論基礎(chǔ) . 元使用 . 非線性方程組的求解和收斂準(zhǔn)則 . 計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析 .耐火極限計算結(jié)果的參數(shù)分析 .本章小結(jié) .五章 結(jié)論與展望 .結(jié)論 .士學(xué)位論文 目錄 需進(jìn)一步研究的問題 .考文獻(xiàn) . 謝 .讀碩士學(xué)位期間參與科研及發(fā)表論文情況 .、發(fā)表論文 .、參與科研項目 .士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 鋼管混凝土的特點 鋼管混凝土是繼木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之后的第五大類結(jié)構(gòu)，是在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、螺旋配筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼管結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來的,是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)1。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)按照截面形式的不同可以分為矩形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、 方形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、圓形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和多邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等，其中矩形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和圓形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣，如圖 1文主要研究圓形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。 鋼管混凝土鋼管混凝 土鋼管混凝土(a) 圓鋼管混凝土 b)方鋼管混凝土 (c) 矩形鋼管混凝土 圖 1管混凝土的截面形式 實際結(jié)構(gòu)中，根據(jù)鋼管作用的差異，鋼管混凝土構(gòu)件按受力狀態(tài)可分為兩種形式2： 一是組成鋼管混凝土的鋼管和混凝土在受荷初期就共同受力， 如圖 1-2(a)所示； 二是外加荷載僅作用在核心混凝土上， 鋼管只起對核心混凝土的約束作用，即所謂的鋼管約束混凝土柱，如圖 1-2(b)所示。 鋼管混凝土因其結(jié)構(gòu)特征，同時具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質(zhì)，且充分發(fā)揮了鋼材和混凝土各自材料的優(yōu)點。其基本原理為3： （ 1）借助鋼管對混凝土的套箍約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和壓縮變形能力； （ 2）借助內(nèi)填核心混凝土的支撐作用，增強(qiáng)鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變空鋼管的失穩(wěn)模態(tài)， 從而提高其承載能力。如圖 1 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 鋼管混凝土鋼管混凝 土(a) 鋼管混凝土 (b) 鋼管約束混凝土 圖 1管混凝土和鋼管約束混凝土 (a) 核心混凝土 (b) 鋼管 圖 1管和混凝土的受力狀態(tài)示意圖 總之，通過鋼管和混凝土組合而成的鋼管混凝土，不僅可以彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點，而且能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)點，這也是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢所在。 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點如下4,5,6,7： 1、承載力高 混凝土的抗壓強(qiáng)度高， 但抗彎能力很弱； 而鋼材， 特別是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易喪失軸向抗壓能力。鋼管混凝土在鋼管中填入混凝土后，借助鋼管的套箍作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度；同時，鋼管的約束作用，延緩了混凝土的縱向開裂，延緩或避免了鋼管過早的發(fā)生局部屈曲，提高了鋼管的剛度。兩種材料相互彌補(bǔ)了彼此的缺點，發(fā)揮各自的長處，從而使鋼管混凝土具有很高的承載能力。從眾多的實驗數(shù)據(jù)可以得出， 鋼管混凝土軸向抗壓強(qiáng)度比鋼管和混凝土單獨承載力之和大70%以上。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 2、塑性和韌性好 混凝土破壞通常表現(xiàn)為脆性特征。但試驗證明：受壓鋼管混凝土構(gòu)件中的核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)時，材料呈現(xiàn)塑性性狀。鋼管混凝土破壞時形成顯著的鼓曲狀態(tài)，具有良好的耗能能力和延性，表現(xiàn)出較好的韌性。 鋼管混凝土軸心受壓試驗表明，試件壓縮到原長的 3/4，縱向應(yīng)變達(dá) 20%以上時，試件仍有承載力，剝?nèi)ヤ摴芎螅瑑?nèi)部混凝土雖已有很大的鼓凸褶皺，但扔保持完整，并未松散，且仍有約 5%的承載力，用錘敲后才粉碎脫落。 3、施工方便，周期短 與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板，因此在澆灌混凝土?xí)r可以免去支模、拆模等一系列工序。而且，在澆筑后，鋼管內(nèi)處于相當(dāng)穩(wěn)定的濕度條件，水分不易蒸發(fā)，省去混凝土的養(yǎng)護(hù)工藝。同時，鋼管還是“鋼筋”，它兼有混凝土柱縱向受拉、受壓鋼筋和橫向箍筋的作用，因此鋼管內(nèi)無需放置縱筋和箍筋，為混凝土的澆灌與振搗帶來很大方便。特別是目前采用泵送混凝土和自密實混凝土等工藝，更可加速鋼管混凝土的施工進(jìn)度。 與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，焊縫少制作工藝要求也可適當(dāng)降低。由于空鋼管比鋼構(gòu)件和鋼筋混凝土預(yù)制件的自重輕，因此現(xiàn)場吊裝、運輸費用都可大大減少。而且采用鋼管混凝土也為逆作法施工提供條件，地上、地下同時進(jìn)行施工可節(jié)省地下基礎(chǔ)與地下室施工時間，并為現(xiàn)場施工帶來很大方便。 另外，在北方寒冷地區(qū)，還可以在冬季安裝空鋼管組成的框架或構(gòu)架，開春后澆灌混凝土，從而爭取時間，加快建設(shè)速度，施工不受季節(jié)的限制。 4、耐火性能較好 由于鋼管內(nèi)填有混凝土，能吸收大量的熱能，因此遭受火災(zāi)時管柱截面溫度場的分布很不均勻，增加了柱子的耐火時間，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。鋼管混凝土的耐火性能比鋼結(jié)構(gòu)的好， 一般我們對鋼管混凝土采用的防火措施就是在其表面涂一層防火涂料。 經(jīng)實驗計數(shù)據(jù)表明:達(dá)到一級耐火3小時要求與鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/3甚至更多。隨著鋼管直徑增大，節(jié)約涂料也越多。 另外，火災(zāi)后，隨著外界溫度的降低，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度得到不同程度的恢復(fù)，結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和整體性與高溫狀態(tài)時比有較大程度改善，且完整性和可修性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同等條件下的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 不僅使得高溫后建筑結(jié)構(gòu)的拆除重建率大大降低，具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益，而且對結(jié)構(gòu)的維修和加固補(bǔ)強(qiáng)的工作量大為減少， 并在降低維修和加固費用的同時減少了自然資源的浪費，也具有十分明顯的社會效益。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 5、經(jīng)濟(jì)效益好 鋼管混凝土作為一種較合理的結(jié)構(gòu)形式， 采用鋼管混凝土可以很好的發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的特性和潛力，使材料得到更為充分和合理的應(yīng)用。因此，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，特別是鋼管高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)在造價、耗材、施工等方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。 由于鋼管混凝土的抗壓承載力高，同樣荷載下柱子截面尺寸很小，所以可以大大增加建筑有效使用面積。如深圳賽格廣場大廈，截面為16008用要設(shè)計成鋼筋混凝土柱，則為2200400面面積增大一倍以上。該工程由于采用鋼管混凝土，與鋼筋混凝土柱相比，多了3000的使用面積，同時省去了大 量混凝土，減輕自重60%以上；和鋼柱相比，雖然增加了自重，但在柱子所占空間相差不大的情況下，耗鋼量節(jié)約50%以上。 大量工程實踐表明，對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比經(jīng)濟(jì)分析，同等承載力條件下，鋼管混凝土柱 比普通混凝土柱節(jié)約混凝土 50%以上，減輕結(jié)構(gòu)自重50% 左右，而耗鋼量基本相等，同時幾乎省去全部的模板；與普通鋼結(jié)構(gòu)相比，節(jié)省 50%以上的鋼材，造價顯著降低。 6、抗震性能好 混凝土的脆性相對較大，在鋼管混凝土中，混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時具有較大的塑性變形。同時，鋼管混凝土在承受沖擊荷載和振動荷載時，也具有較大的韌性，因而抗震性能好。 鋼管混凝土用于高層建筑時，可不受軸壓比的限制而由長細(xì)比進(jìn)行控制，與鋼筋混凝土柱相比，柱截面可大大減小，自重也隨之減小，使得地震作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反應(yīng)也減小。同時鋼管混凝土本身具有良好的抗震性能，圓鋼管混凝土任意軸均為對稱軸，在各個方向的慣性矩、強(qiáng)度均相等，因此它非常適合受不確定方向地震作用、風(fēng)載作用的高層建筑。在壓彎反復(fù)荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線表明，結(jié)構(gòu)的吸能性能特別好，無剛度退化，且無下降段，和不喪失局部穩(wěn)定性的鋼柱相同。 但在一些建筑中， 鋼柱常常要采用很厚的鋼板以確保局部穩(wěn)定性，且還常發(fā)生塑性彎曲后喪失局部穩(wěn)定。因此，鋼管混凝土柱的抗震性能也優(yōu)于鋼柱。 據(jù)有關(guān)資料分析， 高層建筑中采用鋼管混凝土柱和鋼梁等結(jié)構(gòu)體系比采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重可以減少 1/31/2，地震作用可以減小一半，相當(dāng)于設(shè)防烈度下降一度。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5 鋼管混凝土的發(fā)展和應(yīng)用 鋼管混凝土是在勁性鋼筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來的。最早采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工程之一是 1879 年英國的賽文( 路橋的橋墩，當(dāng)時在鋼管內(nèi)填充混凝土除承受壓力外也用來防止鋼管銹蝕，隨后鋼管混凝土結(jié)構(gòu)又被應(yīng)用在單層或多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)柱。 但在早期的應(yīng)用中一般不考慮組成鋼管混凝土的鋼管及其核心混凝土 之間的相互作用對承載力的提高作用。 對鋼管混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行較為深入的研究及這類結(jié)構(gòu)被大范圍推廣應(yīng)用主要是在20世紀(jì)60年代以后。在西歐一些國家，如英國、德國和法國等，主要研究圓鋼管混凝土、 方鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土， 核心混凝土為素混凝土，或在核心混凝土中配置鋼筋或型鋼。 目前的設(shè)計規(guī)程主要是歐洲規(guī)范 994)，德國規(guī)范 997)等；美國以研究圓鋼管混凝土 和方鋼管混凝土為主，核心混凝土為素混凝土， 設(shè)計規(guī)程主要有: 979)994)；在日本，主要研究圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，核心混凝土為素混凝土或配筋混凝士，目前的設(shè)計規(guī)程主要有 980， 1997)；澳大利亞和加拿大等國的學(xué)者還對薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究； 此外還有韓國目前已編制了自己的設(shè)計規(guī)程8。 我國是在 60 年代開始研究鋼管混凝土的，主要集中在鋼管中灌素混凝土。1978 年鋼管混凝土第一次被列入國家科學(xué)發(fā) 展規(guī)劃，此后無論是在科研，還是設(shè)計施工與工程應(yīng)用都得到了快速發(fā)展。特別 是近十幾年取得了令人矚目的成就，已頒布了幾個設(shè)計規(guī)程：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程 (9)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程( 90)、鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程( 999)和 戰(zhàn)時軍港搶修早強(qiáng)型鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程( 001)。此外，中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會正在組織編制矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。目前，鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)已被列入國家科技成果重點推廣項目。隨著理論研究的深入和設(shè)計規(guī)程的頒布，鋼管混凝土被廣泛地應(yīng)用于單層和多層工業(yè)廠房柱、設(shè)備構(gòu)架柱、各種構(gòu)架、各種支架、棧橋柱、地鐵站臺柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結(jié)構(gòu)，近 10 年又被用于橋梁結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑中。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 6 鋼管混凝土抗火研究現(xiàn)狀 國外的研究狀況 在英、德、加拿大、盧森堡和澳大利亞等國，從20世紀(jì)60年代就開始對鋼管混凝土在火災(zāi)下的力學(xué)性能進(jìn)行了大量的理論分析和試驗研究， 取得了一系列可喜的成就，并制定了專門的設(shè)計規(guī)程。目前國際上鋼管混凝土的主要設(shè)計規(guī)程有：美國的 9， 979)和 994)；日本的 980， 1997)；歐洲的 996)；德國的 997)等。 1985）采用有限元方法和纖維模型法分別計算了圓鋼管混凝土和方鋼管混凝土柱截面溫度場分布和構(gòu)件的耐火極限9。 （ 1998）對鋼管混凝土柱的耐火極限進(jìn)行了計算，并給出了核心混凝土中配置鋼筋的鋼管混凝土柱耐火極限設(shè)計曲線10。 1988b）報道了兩個核心混凝土圓柱體強(qiáng)度為 90鋼管混凝土柱耐火極限的實驗結(jié)果，其中一個試件的核心混凝土中還配置了鋼纖維。為了考查混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律，進(jìn)行了兩個鋼管普通混凝土柱耐火極限的對比實驗，火災(zāi)時作用在柱構(gòu)件上的荷載比為 究結(jié)果表明，通過在高強(qiáng)混凝土中配置鋼纖維可以有效的提高鋼管高強(qiáng)混凝土柱的耐火極限11。 1990) 和 (9941994， 1994)給出了各種截面形狀的鋼管混凝土柱防火保護(hù)設(shè)計方法。 鋼管中可以采用素混凝土、配置鋼管或鋼纖維的混凝土12,13。 O（ 1991）提出了一種計算鋼管混凝土柱耐火極限和荷載變形關(guān)系的數(shù)值計算方法，并對大量實驗結(jié)果進(jìn)行了驗算，理論計算結(jié)果和實驗結(jié)果基本吻合14。 1991）采用數(shù)值方法計算了圓鋼管混凝土柱，鋼管核心為素混凝土和配筋混凝土，理論計算結(jié)果和實驗結(jié)果基本吻合15。 1994）報道了兩個在核心混凝土中配置鋼筋的圓鋼管混凝土柱耐火極限的實驗結(jié)果。研究結(jié)果表明，通過在核心混凝土中配置鋼筋，可大大提高鋼管混凝土柱的耐火極限。該文采用有限差分法計 算了鋼管混凝土柱橫截面的溫度場，并利用纖維模型法計算了鋼管混凝土柱的耐火極限，理論計算結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合16。 1997， 1999， 2000）采用數(shù)值方法計算了鋼管混凝土柱的耐火極限，并提出了一種計算圓鋼管混凝土柱耐火極限的簡化方法1719。 2000）研究了核心混凝土強(qiáng)度達(dá)到 95鋼管高強(qiáng)混凝土柱耐火極限，考察了核心混凝土強(qiáng)度對鋼管混凝土柱耐火極限的影響。研究結(jié)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 7 果表明，隨著混凝土強(qiáng)度的提高，鋼管混凝土柱的耐火極限有提高的趨勢20。 1988） 、 1990， 1992）先后報道了 38 個圓形和6 個方形截面鋼管混凝土柱耐火極限的實驗結(jié)果。圓形構(gòu)件截面外直徑為 104406方形構(gòu)件截面外邊長為 152 305構(gòu)件計算長度為 2000 4000凝土圓柱體強(qiáng)度為 20 40材屈服極限為 300 350驗時作用在構(gòu)件上的荷載比大致在 鈣質(zhì)混凝土和硅質(zhì)混凝土兩種情況進(jìn)行了實驗研究。 通過實驗結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)， 混凝土骨料類型對耐火極限有一定的影響，即鈣質(zhì)混凝土構(gòu)件耐火極限的實測結(jié)果離散性小， 而硅質(zhì)混凝土構(gòu)件耐火極限的實測結(jié)果離散性相對較大。 1994）基于上述實驗結(jié)果，提出了一種計算圓鋼管混凝土和方鋼管混凝 土柱耐火極限的簡化計算公式。 利用有限差分法求解鋼管混凝土截面溫度場分布， 然后利用數(shù)值分析方法計算鋼管混凝土軸壓構(gòu)件的耐火極限， 計算時， 不考慮鋼管和核心混凝土之間的相互作用，即鋼管和核心混凝土按單向受力考慮。 計算獲得的耐火極限與試驗值相比偏于保守，且誤差較大2123。 1999）提出了一種可以計算圓鋼管混 凝土和方鋼管混凝土柱耐火極限的簡化公式。 該公式中考慮了火災(zāi)作用在構(gòu)件上荷載的大小、 混凝土骨料類型、構(gòu)件有效計算長度、截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等影響，簡化計算公式得到實驗結(jié)果驗證24。 （ 1999）對內(nèi)填圓柱體強(qiáng)度達(dá) 86 117圓鋼管混凝土和方鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的耐火極限進(jìn)行了實驗研究。實驗時，構(gòu)件沿長度約有一半的截面直接承受按 834 升溫的火災(zāi)作用。實驗時作用在構(gòu)件上的軸力比較小25。 （ 2000）報道了 8 個圓鋼管混凝土和方鋼管混凝土軸心受壓柱在準(zhǔn)火災(zāi)作用下耐火極限的實驗結(jié)果，并提出 了一種計算耐火極限的數(shù)值方法26。 . 等（ 2002）采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在確定鋼管混凝土柱各實驗參數(shù)及耐火極限的情況下，利用學(xué)習(xí)樣本對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并預(yù)測耐火極限，是結(jié)構(gòu)中一種新的耐火極限分析方法27。 . 等（ 2004）建立了火災(zāi)下鋼管混凝土柱的三維非線性有限元模型，并通過熱量和應(yīng)力分析確定了火災(zāi)下鋼管混凝土柱的抗火性能。這種方法被用來進(jìn)一步研究同時承受軸壓荷載、 彎曲荷載和標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用的鋼管混凝土梁柱的彎矩 8。 2005）分別分析了內(nèi)填普通混凝土的 鋼管混凝土柱和內(nèi)填高強(qiáng)混凝土的鋼管混凝土柱的抗火性能， 并討論了火災(zāi)下鋼管高強(qiáng)混凝土柱抗火性能的主碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 8 要影響因素29。 P. 等（ 2006）應(yīng)用“ 序，進(jìn)行了火災(zāi)下鋼管高強(qiáng)混凝土柱抗火性能的數(shù)值分析，考慮的主要參數(shù)包括長細(xì)比、荷載偏心率、混凝土抗壓強(qiáng)度和截面形狀30。 （ 2007）報道了 16 根空心鋼管混凝土軸心受壓柱分別在 準(zhǔn)火災(zāi)作用下和普通環(huán)境下的性能的實驗結(jié)果， 為理論分析提供了實驗依據(jù)31。 J. （ 2008）應(yīng)用有限元軟件 立了火災(zāi)作用下鋼管混凝土柱溫度場和結(jié)構(gòu)分析模型，討論了空氣縫隙、鋼管和混凝土界面相對滑移對鋼管混凝土柱溫度場和結(jié)構(gòu)性能的影響， 以及混凝土抗拉強(qiáng)度和鋼管混凝土柱初始缺陷對鋼管混凝土柱抗火性能的影響程度。通過將計算結(jié)果和 34 根標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下鋼管混凝土柱抗火性能的實驗結(jié)果進(jìn)行對比 ，可以證明有限元模型的正確性32。 綜上所述，國外學(xué)者進(jìn)行鋼管混凝土耐火性能試驗研究時，針對的都是軸壓比較小的情況。在進(jìn)行理論分析時，一般都忽略了鋼管及其內(nèi)部核心混凝土之間的相互作用，鋼材和混凝土按單向應(yīng)力狀態(tài)考慮，理論計算結(jié)果大都偏于保守。進(jìn)行鋼管混凝土柱抗火設(shè)計時，由于考慮到勞動力較為昂貴等因素，大都采用在核心混凝土中配置鋼筋或鋼纖維， 或通過降低柱子的軸壓比的方法提高構(gòu)件的耐火極限。 國內(nèi)的研究狀況 由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國是一種新型結(jié)構(gòu)，在已建成的建筑結(jié)構(gòu)中，有的按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的規(guī)范要求外包混凝土進(jìn)行防火， 有的按照鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)范要求涂防火涂料，這些方法雖然也可能保證結(jié)構(gòu)的防火要求和結(jié)構(gòu)的安全性，但大都偏于保守，因而造成不必要的浪費，并且缺乏科學(xué)性和統(tǒng)一性，無法大范圍推廣。 近年來，國內(nèi)學(xué)者對圓形、方形和矩形鋼管混凝土構(gòu)件的耐火性能進(jìn)行了大量的理論研究和試驗研究，取得了一系列的成果。 從 1995 年開始，哈爾濱工業(yè)大學(xué)(原哈爾濱建筑大學(xué))在國家自然科學(xué)基金委員會的資助下，與公安部天津消防科學(xué)研究所合作，確定了高溫下組成鋼管混凝土的鋼材以及核心混凝土熱力學(xué)性能的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系模型。在此基礎(chǔ)上，采用纖維模型法， 分析了圓、 方和矩形鋼管混凝上柱火災(zāi)作用下的荷載一變形曲線，獲得了耐火極限理論計算結(jié)果，并和已有的國內(nèi)外的試驗結(jié)果進(jìn)行了對照，結(jié)果符合得令人滿意。針對國內(nèi)外以往進(jìn)行過的試驗研究狀況，進(jìn)行了一系列的火災(zāi)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 9 作用下鋼管混凝土柱耐火性能的試驗研究。 徐蕾、韓林海等33確定了高溫下組成方鋼管混凝土的鋼材和核心混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型， 在核心混凝土的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系模