不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能：試驗(yàn)與機(jī)理探究一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速，高層建筑和超高層建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)形式也日益多樣化。在各類建筑結(jié)構(gòu)體系中，柱作為承擔(dān)建筑物垂直荷載的關(guān)鍵構(gòu)件，其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。傳統(tǒng)的混凝土柱憑借其密實(shí)的體積和慢燃燒特性，具備一定的抗火能力。然而，隨著科技的不斷進(jìn)步，新型建筑材料和結(jié)構(gòu)形式不斷推陳出新，型鋼混凝土異形柱應(yīng)運(yùn)而生。型鋼混凝土異形柱融合了型鋼和混凝土的優(yōu)點(diǎn)，具有高強(qiáng)度、高剛性、輕質(zhì)化等顯著優(yōu)勢(shì)，能夠有效提升建筑物的整體性能和抗震能力，在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛應(yīng)用。例如在一些大型商業(yè)綜合體、高層寫字樓等建筑中，型鋼混凝土異形柱能夠在滿足建筑空間布局需求的同時(shí)，提供強(qiáng)大的承載能力和良好的抗震性能，保障建筑在各種復(fù)雜工況下的安全。然而，目前對(duì)于型鋼混凝土異形柱的抗火性能研究相對(duì)匱乏?，F(xiàn)有的計(jì)算方法大多基于常規(guī)結(jié)構(gòu)形式推導(dǎo)而來(lái)，并不能完全適用于異形柱獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式。在實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景中，型鋼混凝土異形柱面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，高溫會(huì)使鋼材和混凝土的物理力學(xué)性能發(fā)生顯著變化，二者的膨脹系數(shù)不一致，容易導(dǎo)致梁柱連接失效，進(jìn)而引發(fā)柱子剝離、斷裂、變形等問(wèn)題，最終可能致使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌。從過(guò)往的建筑火災(zāi)事故案例來(lái)看，許多建筑在火災(zāi)中發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至倒塌，很大程度上與柱構(gòu)件的抗火性能不足有關(guān)。比如[具體火災(zāi)事故案例]，由于建筑中的柱構(gòu)件在火災(zāi)中迅速失效，無(wú)法承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，導(dǎo)致整棟建筑在短時(shí)間內(nèi)坍塌，造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。這充分凸顯了研究型鋼混凝土異形柱抗火性能的緊迫性和重要性。不等肢L形型鋼混凝土異形柱作為型鋼混凝土異形柱的一種特殊形式，其截面形狀不規(guī)則，受力特性更為復(fù)雜。相較于其他形狀的異形柱，不等肢L形柱在實(shí)際工程應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠更好地適應(yīng)建筑空間布局的特殊要求，在拐角處、邊緣部位等位置發(fā)揮重要作用。然而，目前針對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能的研究更是少之又少。深入開(kāi)展不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能試驗(yàn)研究，具有多方面的重要意義。從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)看，本試驗(yàn)研究成果能為不等肢L形型鋼混凝土異形柱的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供直接的技術(shù)指導(dǎo)和支持。通過(guò)明確其在火災(zāi)環(huán)境下的力學(xué)性能參數(shù)，如破壞模式、承載力、位移變形、溫度場(chǎng)等，設(shè)計(jì)人員可以更加科學(xué)合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化構(gòu)件尺寸和材料配置，從而提高建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的安全性和可靠性。從提高建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)安全性的角度出發(fā)，研究異形柱在火災(zāi)環(huán)境下的性能，有助于揭示其破壞機(jī)理，為制定有效的防火措施和改進(jìn)建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而提高整個(gè)異形柱結(jié)構(gòu)的火災(zāi)安全性。從學(xué)術(shù)研究和工程應(yīng)用拓展角度而言，本研究能夠擴(kuò)大異形柱抗火性能的研究范圍，填補(bǔ)不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能研究的空白，使異形柱結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于更廣泛的工程領(lǐng)域，推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀型鋼混凝土異形柱作為一種新型結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其抗火性能研究在國(guó)內(nèi)外都受到了一定關(guān)注，但整體研究仍處于發(fā)展階段。國(guó)外對(duì)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能的研究開(kāi)展較早，取得了一系列理論和實(shí)踐成果。美國(guó)、歐洲等地的學(xué)者通過(guò)理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬等多種手段，對(duì)型鋼混凝土構(gòu)件在火災(zāi)下的力學(xué)性能、溫度分布、破壞模式等方面進(jìn)行了深入研究，并提出了許多關(guān)于型鋼混凝土異形柱的計(jì)算公式和設(shè)計(jì)規(guī)范，為型鋼混凝土異形柱的發(fā)展提供了有力的支持。例如，在溫度場(chǎng)研究方面，運(yùn)用有限元方法建立了較為精確的溫度場(chǎng)分析模型，考慮了材料熱物理性能隨溫度的變化以及火災(zāi)場(chǎng)景的多樣性。在力學(xué)性能研究中，通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了高溫下型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移特性對(duì)構(gòu)件力學(xué)性能的影響。國(guó)內(nèi)在型鋼混凝土異形柱抗火性能研究方面也取得了一定進(jìn)展。一些高校和科研機(jī)構(gòu)針對(duì)異形柱的特點(diǎn)，開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)研究和理論分析。通過(guò)試驗(yàn)，研究了不同截面形式、配筋率、保護(hù)層厚度等因素對(duì)型鋼混凝土異形柱抗火性能的影響。在理論分析方面，采用有限元法或三維非線性有限元法進(jìn)行模擬，有效模擬出構(gòu)件在火災(zāi)中的受力和變形狀況。研究表明，在火災(zāi)中，型鋼混凝土異形柱受力狀態(tài)的變化對(duì)其抗火性能有很大的影響，當(dāng)柱子出現(xiàn)受拉狀態(tài)時(shí)，其抗火性能會(huì)顯著下降，保護(hù)層厚度的減小也會(huì)導(dǎo)致其抗火性能的下降。然而，現(xiàn)有的研究仍存在一些不足之處。在試驗(yàn)研究方面，大部分試驗(yàn)集中在常見(jiàn)的異形柱形式，針對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱的抗火性能試驗(yàn)研究較少，缺乏該特定類型構(gòu)件在火災(zāi)下的詳細(xì)性能數(shù)據(jù)和破壞機(jī)理研究。在理論分析中，雖然已有一些計(jì)算模型和方法，但由于異形柱結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，現(xiàn)有的計(jì)算方法難以準(zhǔn)確考慮各種因素的綜合影響，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。而且在實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火設(shè)計(jì)的指導(dǎo)還不夠完善，缺乏針對(duì)性的設(shè)計(jì)建議和規(guī)范。綜上所述，目前對(duì)于不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能的研究還存在明顯的空白和不足。開(kāi)展不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能試驗(yàn)研究，深入探究其在火災(zāi)下的力學(xué)性能、破壞模式和溫度場(chǎng)分布規(guī)律，對(duì)于完善型鋼混凝土異形柱抗火性能研究體系、指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)具有重要的理論和實(shí)際意義。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究聚焦于不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能試驗(yàn)，旨在全面深入地探究其在火災(zāi)環(huán)境下的性能表現(xiàn)，為該類異形柱在實(shí)際工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)可靠的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。具體研究目標(biāo)和內(nèi)容如下：1.3.1研究目標(biāo)獲取關(guān)鍵性能參數(shù)：通過(guò)精心設(shè)計(jì)并開(kāi)展系統(tǒng)的火災(zāi)模擬試驗(yàn)，精確測(cè)定不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)環(huán)境下的各項(xiàng)關(guān)鍵力學(xué)性能參數(shù)，包括但不限于破壞模式、承載力、位移變形以及溫度場(chǎng)分布等。這些參數(shù)對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估異形柱在火災(zāi)中的性能狀況至關(guān)重要，能夠?yàn)楹罄m(xù)的理論分析和工程設(shè)計(jì)提供直接的數(shù)據(jù)支持。揭示破壞機(jī)理：基于試驗(yàn)過(guò)程中的詳細(xì)觀測(cè)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析，深入揭示不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)作用下的破壞機(jī)理。明確構(gòu)件內(nèi)部型鋼與混凝土之間的相互作用機(jī)制在火災(zāi)高溫下的變化規(guī)律，以及這些變化如何導(dǎo)致構(gòu)件最終發(fā)生破壞，從而為制定有效的防火措施和改進(jìn)設(shè)計(jì)方法提供科學(xué)依據(jù)。提供設(shè)計(jì)參考：將試驗(yàn)研究成果轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的設(shè)計(jì)建議和技術(shù)參數(shù)，為不等肢L形型鋼混凝土異形柱的抗火設(shè)計(jì)提供針對(duì)性的參考。使設(shè)計(jì)人員能夠在實(shí)際工程中更加科學(xué)合理地選擇構(gòu)件材料、確定截面尺寸和配筋方式，提高建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的安全性和可靠性。1.3.2研究?jī)?nèi)容試件設(shè)計(jì)與制作：依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)并制作一系列具有代表性的不等肢L形型鋼混凝土異形柱試件。明確試件的截面尺寸、型鋼型號(hào)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率以及保護(hù)層厚度等關(guān)鍵參數(shù)，確保試件能夠真實(shí)反映實(shí)際工程中異形柱的結(jié)構(gòu)特征。在制作過(guò)程中，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證試件的制作精度和材料性能符合設(shè)計(jì)要求。材料性能測(cè)試：對(duì)試驗(yàn)所使用的鋼材和混凝土進(jìn)行全面的力學(xué)性能測(cè)試，包括鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量以及混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等參數(shù)。同時(shí)，測(cè)定材料在不同溫度下的熱物理性能，如熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等，為后續(xù)的試驗(yàn)分析和數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的材料參數(shù)。火災(zāi)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：制定科學(xué)合理的火災(zāi)試驗(yàn)方案，確定試驗(yàn)采用的火災(zāi)升溫曲線，模擬不同的火災(zāi)場(chǎng)景。在試驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)用先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)和設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件在火災(zāi)中的溫度場(chǎng)分布、變形情況、承載力變化以及型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)不同工況下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，研究各種因素對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果分析：對(duì)火災(zāi)試驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)整理和深入分析，繪制試件在火災(zāi)過(guò)程中的溫度-時(shí)間曲線、變形-時(shí)間曲線、承載力-時(shí)間曲線等，直觀展示異形柱在火災(zāi)中的性能變化過(guò)程。根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，總結(jié)不等肢L形型鋼混凝土異形柱的破壞模式和破壞特征，深入探討構(gòu)件內(nèi)部溫度場(chǎng)分布對(duì)其力學(xué)性能的影響機(jī)制，以及型鋼與混凝土之間的協(xié)同工作性能在火災(zāi)高溫下的演變規(guī)律?？够鹦阅茉u(píng)估：基于試驗(yàn)結(jié)果和分析，建立不等肢L形型鋼混凝土異形柱的抗火性能評(píng)估方法，提出其耐火極限的計(jì)算方法和抗火設(shè)計(jì)建議。通過(guò)與現(xiàn)有規(guī)范和研究成果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證所提出評(píng)估方法和設(shè)計(jì)建議的合理性和有效性，為實(shí)際工程中異形柱的抗火設(shè)計(jì)提供科學(xué)可靠的依據(jù)。二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備2.1試件設(shè)計(jì)本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)制作[X]根不等肢L形型鋼混凝土異形柱試件，旨在通過(guò)對(duì)不同參數(shù)試件的抗火性能研究，全面深入地揭示不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)環(huán)境下的性能規(guī)律。試件的主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括截面尺寸、鋼型材規(guī)格、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋率以及保護(hù)層厚度等，這些參數(shù)的選擇綜合考慮了實(shí)際工程應(yīng)用情況和試驗(yàn)研究的需要。在實(shí)際工程中，不等肢L形型鋼混凝土異形柱的截面尺寸會(huì)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的承載要求、空間布局以及與其他構(gòu)件的連接方式等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了使試驗(yàn)結(jié)果更具代表性和實(shí)用性，本試驗(yàn)的試件截面尺寸參考了常見(jiàn)的工程實(shí)例。最終確定試件的截面尺寸為：短肢長(zhǎng)度[X1]mm，長(zhǎng)肢長(zhǎng)度[X2]mm，肢厚均為[X3]mm，柱高為[X4]mm。這樣的尺寸設(shè)計(jì)既能夠滿足試驗(yàn)加載和測(cè)試的要求，又能較好地模擬實(shí)際工程中異形柱的受力狀態(tài)。以某高層寫字樓的拐角處采用的不等肢L形型鋼混凝土異形柱為例，其截面尺寸與本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的尺寸相近，通過(guò)對(duì)該試件的研究，可以為實(shí)際工程中類似構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供直接的參考。鋼型材作為異形柱的重要組成部分，對(duì)其力學(xué)性能和抗火性能有著關(guān)鍵影響。試驗(yàn)選用的鋼型材為[具體型號(hào)]，該型號(hào)的鋼材具有較高的強(qiáng)度和良好的延性，在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛。其屈服強(qiáng)度為[X5]MPa，抗拉強(qiáng)度為[X6]MPa，彈性模量為[X7]MPa。選擇此型號(hào)鋼型材，一方面是因?yàn)槠淞W(xué)性能能夠滿足一般建筑結(jié)構(gòu)的承載要求，另一方面，已有研究表明該型號(hào)鋼材在高溫下的性能變化規(guī)律相對(duì)較為清晰，有利于后續(xù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析和對(duì)比。在一些大型商業(yè)綜合體的建設(shè)中，也常常采用該型號(hào)的鋼型材作為異形柱的骨架，以提高結(jié)構(gòu)的抗震和承載能力?；炷恋膹?qiáng)度等級(jí)是影響異形柱力學(xué)性能的重要因素之一。本試驗(yàn)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C[X8]，該強(qiáng)度等級(jí)的混凝土在實(shí)際工程中應(yīng)用普遍，具有較好的工作性能和力學(xué)性能。C[X8]混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為[X9]MPa，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為[X10]MPa，彈性模量為[X11]MPa。通過(guò)選用C[X8]混凝土，能夠模擬大部分實(shí)際工程中異形柱所使用的混凝土強(qiáng)度，使試驗(yàn)結(jié)果更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在眾多高層建筑和工業(yè)廠房的建設(shè)中，C[X8]混凝土被廣泛應(yīng)用于柱、梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其性能經(jīng)過(guò)了大量工程實(shí)踐的檢驗(yàn)。配筋率和保護(hù)層厚度也是試件設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。配筋率直接影響異形柱的承載能力和變形性能，而保護(hù)層厚度則對(duì)混凝土內(nèi)部鋼筋的防火性能起著關(guān)鍵作用。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本試驗(yàn)確定的配筋率為[X12]%，保護(hù)層厚度為[X13]mm。這樣的配筋率和保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)既能夠保證異形柱在正常使用狀態(tài)下的力學(xué)性能，又能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，為鋼筋提供一定的防火保護(hù)，延緩鋼筋溫度的升高，從而提高異形柱的抗火性能。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，也需要根據(jù)構(gòu)件的受力情況、環(huán)境條件等因素合理確定配筋率和保護(hù)層厚度，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。各試件的具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示：試件編號(hào)截面尺寸(mm)鋼型材規(guī)格混凝土強(qiáng)度等級(jí)配筋率(%)保護(hù)層厚度(mm)1[X1]×[X2]×[X3][具體型號(hào)]C[X8][X12][X13]2[X1]×[X2]×[X3][具體型號(hào)]C[X8][X12][X13]..................通過(guò)對(duì)不同試件的設(shè)計(jì)，本試驗(yàn)?zāi)軌蛳到y(tǒng)地研究各個(gè)參數(shù)對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能的影響，為該類異形柱的抗火設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供全面、準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論支持。2.2試驗(yàn)材料性能測(cè)試材料性能是影響不等肢L形型鋼混凝土異形柱抗火性能的關(guān)鍵因素，準(zhǔn)確獲取試驗(yàn)所用鋼材和混凝土的性能參數(shù)對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的分析和研究至關(guān)重要。為此，在試驗(yàn)前對(duì)鋼材和混凝土進(jìn)行了全面的力學(xué)性能測(cè)試。對(duì)于鋼材，采用標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定其力學(xué)性能。依據(jù)《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T228.1-2010），從同批次的鋼材中截取標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件，試件的尺寸和加工精度嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行拉伸加載，加載過(guò)程中保持均勻穩(wěn)定的加載速率，實(shí)時(shí)記錄荷載-位移數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，得到鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等關(guān)鍵力學(xué)性能參數(shù)。經(jīng)測(cè)試，本試驗(yàn)所用鋼材的屈服強(qiáng)度為[X5]MPa，抗拉強(qiáng)度為[X6]MPa，彈性模量為[X7]MPa。這些性能參數(shù)表明該鋼材具有較高的強(qiáng)度和良好的彈性性能，能夠?yàn)楫愋沃峁┛煽康某休d能力?；炷恋牧W(xué)性能測(cè)試同樣嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2019），在混凝土澆筑過(guò)程中，同步制作立方體抗壓強(qiáng)度試件和棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度試件。立方體抗壓強(qiáng)度試件的尺寸為150mm×150mm×150mm，用于測(cè)定混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度；棱柱體軸心抗壓強(qiáng)度試件的尺寸為150mm×150mm×300mm，用于測(cè)定混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量。試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，將試件放置在壓力試驗(yàn)機(jī)上，按照規(guī)定的加載速率進(jìn)行加載，直至試件破壞，記錄破壞荷載。通過(guò)計(jì)算得到混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和軸心抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，利用位移傳感器測(cè)量試件在加載過(guò)程中的變形，根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系計(jì)算出混凝土的彈性模量。試驗(yàn)結(jié)果顯示，本試驗(yàn)采用的C[X8]混凝土，其立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為[X9]MPa，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為[X10]MPa，彈性模量為[X11]MPa。這些數(shù)據(jù)反映了C[X8]混凝土在本試驗(yàn)條件下的力學(xué)性能水平，為后續(xù)分析異形柱在火災(zāi)下的性能提供了重要的材料參數(shù)依據(jù)。此外，為了研究材料在高溫下的性能變化，還對(duì)鋼材和混凝土進(jìn)行了高溫性能測(cè)試。對(duì)于鋼材，采用高溫拉伸試驗(yàn)設(shè)備，將試件加熱至不同的目標(biāo)溫度，在恒溫狀態(tài)下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，獲取鋼材在高溫下的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量等參數(shù)。對(duì)于混凝土，通過(guò)高溫爐將試件加熱至不同溫度，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，研究混凝土在高溫后的力學(xué)性能退化規(guī)律。這些高溫性能測(cè)試結(jié)果將為深入分析不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)高溫環(huán)境下的力學(xué)行為提供更為全面和準(zhǔn)確的材料性能數(shù)據(jù)。2.3試驗(yàn)設(shè)備與裝置火災(zāi)試驗(yàn)設(shè)備是本研究的關(guān)鍵，為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，采用了專門設(shè)計(jì)的火災(zāi)爐。該火災(zāi)爐具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，能夠模擬真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景中的高溫環(huán)境。其內(nèi)部空間尺寸為[X14]mm×[X15]mm×[X16]mm，足以容納本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的不等肢L形型鋼混凝土異形柱試件?；馂?zāi)爐采用優(yōu)質(zhì)的耐高溫材料制作，爐壁具有良好的隔熱性能，能夠有效減少熱量散失，保證爐內(nèi)溫度的均勻性和穩(wěn)定性。在加熱系統(tǒng)方面，火災(zāi)爐配備了大功率的電加熱元件，總功率可達(dá)[X17]kW，能夠快速將爐內(nèi)溫度升高到試驗(yàn)所需的目標(biāo)溫度。溫度控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的智能溫控儀表，具有高精度的溫度測(cè)量和控制功能。通過(guò)熱電偶實(shí)時(shí)測(cè)量爐內(nèi)溫度，并將溫度信號(hào)反饋給溫控儀表，溫控儀表根據(jù)預(yù)設(shè)的火災(zāi)升溫曲線，自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱元件的功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐內(nèi)溫度的精確控制。溫度控制精度可達(dá)±[X18]℃，確保試驗(yàn)過(guò)程中溫度的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。例如，在一次試驗(yàn)中，設(shè)定的目標(biāo)溫度為800℃，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，溫度波動(dòng)始終控制在±5℃以內(nèi)，滿足了試驗(yàn)對(duì)溫度控制的嚴(yán)格要求。為了模擬不同的火災(zāi)場(chǎng)景，本試驗(yàn)選用了標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線。標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線是根據(jù)大量火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際火災(zāi)案例總結(jié)得出的，能夠反映一般火災(zāi)情況下溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律。其升溫過(guò)程符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO834-1規(guī)定的公式：T=T_0+345\log_{10}(8t+1)，其中T為時(shí)間t（min）時(shí)的爐內(nèi)溫度（℃），T_0為初始溫度（℃），一般取20℃。在試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線控制火災(zāi)爐的升溫過(guò)程，使試件經(jīng)歷與實(shí)際火災(zāi)相似的溫度變化。位移和應(yīng)變測(cè)量是獲取試件在火災(zāi)下力學(xué)性能數(shù)據(jù)的重要手段，為此采用了一系列高精度的測(cè)試設(shè)備。在位移測(cè)量方面，選用了高精度的位移傳感器，型號(hào)為[具體型號(hào)]，其測(cè)量精度可達(dá)±[X19]mm。將位移傳感器安裝在試件的關(guān)鍵部位，如柱頂和柱底，通過(guò)測(cè)量這些部位在火災(zāi)過(guò)程中的位移變化，能夠準(zhǔn)確了解試件的變形情況。在應(yīng)變測(cè)量中，采用了電阻應(yīng)變片，型號(hào)為[具體型號(hào)]，其靈敏度高，測(cè)量精度可達(dá)±[X20]με。將電阻應(yīng)變片粘貼在試件的型鋼和混凝土表面，通過(guò)測(cè)量應(yīng)變片電阻值的變化，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)型鋼和混凝土在火災(zāi)下的應(yīng)變情況。為了確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，位移傳感器和電阻應(yīng)變片在使用前均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的校準(zhǔn)和標(biāo)定。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了專業(yè)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，型號(hào)為[具體型號(hào)]，具有高速、高精度的數(shù)據(jù)采集能力。該數(shù)據(jù)采集儀能夠同時(shí)采集多個(gè)通道的位移、應(yīng)變和溫度信號(hào)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。數(shù)據(jù)采集頻率可根據(jù)試驗(yàn)需要進(jìn)行設(shè)置，本試驗(yàn)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集頻率為[X21]Hz，能夠準(zhǔn)確捕捉試件在火災(zāi)過(guò)程中的性能變化。通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中試件的各項(xiàng)參數(shù)變化，為后續(xù)的試驗(yàn)結(jié)果分析提供豐富的數(shù)據(jù)支持。2.4試驗(yàn)方案制定2.4.1加載制度為模擬不等肢L形型鋼混凝土異形柱在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，采用分級(jí)加載制度。在常溫下，首先對(duì)試件施加豎向荷載至設(shè)計(jì)軸力的20%，并保持穩(wěn)定，此階段主要是為了使試件各部分接觸良好，確保后續(xù)加載的準(zhǔn)確性。隨后，按照設(shè)計(jì)軸力的20%為一級(jí)，逐級(jí)加載至設(shè)計(jì)軸力的100%。每級(jí)加載后，持荷10-15min，期間利用位移傳感器和電阻應(yīng)變片監(jiān)測(cè)試件的變形和應(yīng)變情況，記錄數(shù)據(jù)，觀察試件是否出現(xiàn)裂縫等異?，F(xiàn)象。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的100%后，保持軸力恒定，進(jìn)入火災(zāi)試驗(yàn)階段。2.4.2常溫試驗(yàn)流程在常溫試驗(yàn)階段，首先對(duì)試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)量?jī)x器進(jìn)行全面檢查和調(diào)試，確保其正常工作。將制作好的不等肢L形型鋼混凝土異形柱試件放置在試驗(yàn)加載裝置上，調(diào)整試件位置，使其軸心與加載裝置的軸心重合，保證加載的均勻性。安裝位移傳感器和電阻應(yīng)變片，位移傳感器安裝在柱頂和柱底的關(guān)鍵部位，用于測(cè)量試件在加載過(guò)程中的豎向位移和水平位移；電阻應(yīng)變片粘貼在型鋼和混凝土表面，用于測(cè)量構(gòu)件在受力過(guò)程中的應(yīng)變。連接好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保各傳感器與數(shù)據(jù)采集儀之間的信號(hào)傳輸正常。按照加載制度，緩慢施加豎向荷載，每級(jí)加載完成后，觀察試件的變形情況，檢查測(cè)量?jī)x器的工作狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。2.4.3火災(zāi)試驗(yàn)流程在常溫加載至設(shè)計(jì)軸力并穩(wěn)定后，啟動(dòng)火災(zāi)爐開(kāi)始升溫。嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線控制火災(zāi)爐的升溫過(guò)程，通過(guò)溫控儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)溫度，并根據(jù)升溫曲線的要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱元件的功率，確保爐內(nèi)溫度與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線的偏差控制在允許范圍內(nèi)。在升溫過(guò)程中，每隔一定時(shí)間記錄一次爐內(nèi)溫度、試件表面溫度以及各測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件的變形和應(yīng)變情況。利用位移傳感器測(cè)量柱頂和柱底的位移變化，通過(guò)電阻應(yīng)變片監(jiān)測(cè)型鋼和混凝土的應(yīng)變變化，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。持續(xù)觀察試件在火災(zāi)中的破壞現(xiàn)象，如混凝土表面的開(kāi)裂、剝落，型鋼的變形等，及時(shí)記錄破壞發(fā)生的時(shí)間和特征。當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的破壞跡象，如承載力急劇下降、變形過(guò)大等，判定試件達(dá)到耐火極限，停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制溫度-時(shí)間曲線、變形-時(shí)間曲線、承載力-時(shí)間曲線等，深入研究不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的性能變化規(guī)律。三、試驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象觀察3.1常溫下靜載試驗(yàn)在常溫靜載試驗(yàn)中，嚴(yán)格按照既定的加載制度進(jìn)行操作。試驗(yàn)開(kāi)始前，再次檢查試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行狀況和測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確性，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。將不等肢L形型鋼混凝土異形柱試件平穩(wěn)放置在試驗(yàn)加載裝置上，仔細(xì)調(diào)整其位置，使試件的軸心與加載裝置的軸心精確重合。安裝位移傳感器和電阻應(yīng)變片時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，確保傳感器和應(yīng)變片安裝牢固，信號(hào)傳輸穩(wěn)定。加載初期，當(dāng)豎向荷載施加至設(shè)計(jì)軸力的20%時(shí)，試件整體狀態(tài)穩(wěn)定，表面未出現(xiàn)明顯的裂縫和變形跡象。持荷期間，通過(guò)位移傳感器和電阻應(yīng)變片監(jiān)測(cè)到試件的位移和應(yīng)變變化均在正常范圍內(nèi)，表明試件各部分接觸良好，能夠均勻承受荷載。隨后，按照每級(jí)20%設(shè)計(jì)軸力的增量進(jìn)行加載，每級(jí)加載完成后持荷10-15min。在加載至設(shè)計(jì)軸力的40%時(shí)，部分試件的短肢底部開(kāi)始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫寬度較小，肉眼難以察覺(jué)，需借助放大鏡進(jìn)行觀察。隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫逐漸向長(zhǎng)肢方向延伸，寬度也有所增大。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的60%時(shí)，試件表面的裂縫數(shù)量明顯增多，長(zhǎng)肢和短肢的交界處也出現(xiàn)了裂縫，此時(shí)裂縫寬度達(dá)到0.1-0.2mm。加載至設(shè)計(jì)軸力的80%時(shí)，試件的變形明顯加劇，柱頂?shù)呢Q向位移和水平位移均有較大幅度的增長(zhǎng)。通過(guò)位移傳感器測(cè)量得到，柱頂豎向位移達(dá)到[X22]mm，水平位移達(dá)到[X23]mm。試件表面的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，部分裂縫寬度超過(guò)0.3mm，且出現(xiàn)了一些斜向裂縫，表明試件內(nèi)部的應(yīng)力分布更加復(fù)雜。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的100%時(shí)，試件的變形持續(xù)增大，柱頂豎向位移達(dá)到[X24]mm，水平位移達(dá)到[X25]mm。此時(shí)，試件表面的裂縫已貫穿整個(gè)截面，混凝土出現(xiàn)局部剝落現(xiàn)象，尤其是在柱肢的邊角部位，剝落情況較為嚴(yán)重。在整個(gè)加載過(guò)程中，密切關(guān)注電阻應(yīng)變片的測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)型鋼和混凝土的應(yīng)變變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，型鋼和混凝土的應(yīng)變隨著荷載的增加而逐漸增大，且二者的應(yīng)變變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明型鋼與混凝土之間能夠協(xié)同工作，共同承受荷載。在加載初期，型鋼和混凝土的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)較為緩慢；隨著荷載的增加，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度加快，當(dāng)荷載接近設(shè)計(jì)軸力時(shí)，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)更為顯著。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，還發(fā)現(xiàn)型鋼的應(yīng)變?cè)诙讨课幌鄬?duì)較大，這是由于短肢在受力過(guò)程中承擔(dān)的彎矩較大所致。常溫下靜載試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)試件的破壞形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)觀察和記錄。試件的破壞主要表現(xiàn)為混凝土的開(kāi)裂、剝落以及型鋼的局部屈曲?；炷恋牧芽p貫穿整個(gè)截面，導(dǎo)致構(gòu)件的整體性受到嚴(yán)重破壞。型鋼在受力較大的部位出現(xiàn)了局部屈曲現(xiàn)象，屈曲部位主要集中在柱肢的中部和交界處。這些破壞現(xiàn)象表明，不等肢L形型鋼混凝土異形柱在常溫下承受較大荷載時(shí)，其受力性能較為復(fù)雜，需要充分考慮構(gòu)件的截面形狀、配筋情況以及型鋼與混凝土之間的協(xié)同工作性能。3.2火災(zāi)下試驗(yàn)3.2.1火災(zāi)爐內(nèi)升溫情況在火災(zāi)試驗(yàn)過(guò)程中，利用高精度熱電偶對(duì)火災(zāi)爐內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，記錄溫度隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)。將實(shí)際測(cè)得的火災(zāi)爐內(nèi)升溫曲線與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線進(jìn)行對(duì)比，二者的對(duì)比情況如圖1所示。從圖中可以清晰地看出，在火災(zāi)試驗(yàn)初期，實(shí)際升溫曲線與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線較為接近，二者的偏差在可接受范圍內(nèi)。這表明火災(zāi)爐的加熱系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確地按照預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線進(jìn)行升溫，有效模擬了實(shí)際火災(zāi)初期的溫度變化情況。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，在5-30min時(shí)間段內(nèi)，實(shí)際升溫曲線略低于標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線，最大偏差約為[X26]℃。這可能是由于火災(zāi)爐在升溫過(guò)程中，爐內(nèi)的熱量分布存在一定的不均勻性，以及試驗(yàn)過(guò)程中試件對(duì)熱量的吸收等因素導(dǎo)致的。盡管存在一定偏差，但整體上實(shí)際升溫曲線仍能較好地反映標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線的趨勢(shì)，滿足試驗(yàn)對(duì)火災(zāi)升溫模擬的要求。在30min之后，實(shí)際升溫曲線逐漸與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線趨于一致，二者的偏差控制在±[X27]℃以內(nèi)。這說(shuō)明火災(zāi)爐的溫度控制系統(tǒng)能夠根據(jù)爐內(nèi)溫度的實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整加熱功率，使?fàn)t內(nèi)溫度穩(wěn)定地按照標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線上升，確保了試驗(yàn)過(guò)程中溫度條件的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)火災(zāi)爐內(nèi)升溫情況的監(jiān)測(cè)和分析，可以認(rèn)為本次火災(zāi)試驗(yàn)所采用的火災(zāi)爐能夠有效地模擬標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫過(guò)程，為研究不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的性能提供了可靠的溫度環(huán)境。[此處插入實(shí)際升溫曲線與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線對(duì)比圖]3.2.2試件溫度場(chǎng)變化在不等肢L形型鋼混凝土異形柱試件的不同位置布置了多個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，包括柱表面、混凝土內(nèi)部以及型鋼表面等，以全面監(jiān)測(cè)試件在受火過(guò)程中的溫度變化情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，試件在受火過(guò)程中，溫度場(chǎng)呈現(xiàn)出明顯的不均勻分布。在柱表面，靠近受火面的區(qū)域溫度迅速升高，升溫速率較快。隨著時(shí)間的推移，溫度逐漸向柱內(nèi)部傳導(dǎo)。例如，在受火面的柱角處，溫度在10min內(nèi)就達(dá)到了[X28]℃，而在距離受火面較近的柱表面其他位置，溫度也在較短時(shí)間內(nèi)升高到[X29]℃左右。隨著受火時(shí)間的增加，柱表面溫度持續(xù)上升，在60min時(shí)，受火面柱角處溫度達(dá)到[X30]℃，柱表面大部分區(qū)域溫度也超過(guò)了[X31]℃。混凝土內(nèi)部的溫度升高相對(duì)較為緩慢，這主要是由于混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較低，熱量傳遞速度較慢。距離受火面較近的混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，溫度隨著受火時(shí)間的增加而逐漸升高，但升溫幅度明顯小于柱表面。例如，在距離受火面50mm的混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，10min時(shí)溫度僅為[X32]℃，60min時(shí)溫度升高到[X33]℃。而距離受火面較遠(yuǎn)的混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)，溫度變化更為平緩，在整個(gè)受火過(guò)程中，溫度升高幅度較小。型鋼表面的溫度變化則介于柱表面和混凝土內(nèi)部之間。由于型鋼具有良好的導(dǎo)熱性能，其表面溫度能夠較快地響應(yīng)爐內(nèi)溫度的變化，但受到混凝土保護(hù)層的隔熱作用，型鋼表面溫度的升高速度相對(duì)柱表面較慢。在受火初期，型鋼表面溫度迅速上升，在10min時(shí)達(dá)到[X34]℃左右。隨著受火時(shí)間的延長(zhǎng)，型鋼表面溫度持續(xù)升高，但升溫速率逐漸減小。在60min時(shí)，型鋼表面溫度達(dá)到[X35]℃。通過(guò)對(duì)試件不同位置溫度變化情況的分析，可以發(fā)現(xiàn)溫度場(chǎng)的分布規(guī)律主要受以下因素影響：一是與受火面的距離，距離受火面越近，溫度越高，升溫速率越快；二是材料的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱性能好的材料，溫度變化響應(yīng)速度快；三是混凝土保護(hù)層的隔熱作用，混凝土保護(hù)層能夠有效地延緩熱量向型鋼內(nèi)部傳遞，降低型鋼的升溫速率。這些溫度場(chǎng)分布規(guī)律對(duì)于深入理解不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的力學(xué)性能變化具有重要意義。3.2.3試件變形情況在火災(zāi)試驗(yàn)過(guò)程中，利用高精度位移傳感器對(duì)試件的豎向和側(cè)向變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，記錄變形隨時(shí)間和溫度的變化數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，試件在火災(zāi)下的變形呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。在豎向變形方面，隨著火災(zāi)的發(fā)展和溫度的升高，試件的豎向變形逐漸增大。在火災(zāi)初期，由于溫度升高對(duì)混凝土和型鋼的力學(xué)性能影響較小，豎向變形增長(zhǎng)較為緩慢。例如，在受火前30min內(nèi)，試件的豎向變形僅增加了[X36]mm。隨著受火時(shí)間的延長(zhǎng)，溫度不斷升高，混凝土和型鋼的力學(xué)性能逐漸劣化，豎向變形增長(zhǎng)速度加快。在30-60min時(shí)間段內(nèi)，試件的豎向變形增加了[X37]mm，達(dá)到[X38]mm。當(dāng)受火時(shí)間達(dá)到90min時(shí)，試件的豎向變形進(jìn)一步增大到[X39]mm。側(cè)向變形方面，試件在火災(zāi)下也表現(xiàn)出明顯的變形。在受火初期，側(cè)向變形相對(duì)較小，但隨著溫度的升高和火災(zāi)的持續(xù)，側(cè)向變形逐漸增大。在受火45min時(shí)，試件的側(cè)向變形達(dá)到[X40]mm，此時(shí)試件的側(cè)向變形主要是由于溫度不均勻分布導(dǎo)致的熱應(yīng)力引起的。隨著受火時(shí)間的進(jìn)一步增加，試件內(nèi)部的應(yīng)力分布更加復(fù)雜，側(cè)向變形增長(zhǎng)速度加快。在受火90min時(shí)，試件的側(cè)向變形達(dá)到[X41]mm。通過(guò)對(duì)試件變形隨時(shí)間和溫度變化規(guī)律的分析，可以發(fā)現(xiàn)變形與溫度之間存在密切的關(guān)系。隨著溫度的升高，混凝土和型鋼的彈性模量降低，材料的力學(xué)性能劣化，導(dǎo)致試件的承載能力下降，從而引起變形的增大。此外，溫度場(chǎng)的不均勻分布也會(huì)導(dǎo)致試件內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，進(jìn)一步加劇試件的變形。這些變形規(guī)律對(duì)于評(píng)估不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的結(jié)構(gòu)安全性具有重要參考價(jià)值，為后續(xù)的抗火性能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。3.3火災(zāi)后靜載試驗(yàn)火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)試件進(jìn)行冷卻，待試件冷卻至常溫后，進(jìn)行火災(zāi)后靜載試驗(yàn)。首先對(duì)試件的外觀損傷情況進(jìn)行了詳細(xì)檢查和記錄。觀察發(fā)現(xiàn)，試件表面的混凝土出現(xiàn)了不同程度的剝落現(xiàn)象，尤其是在受火面和柱角部位，剝落較為嚴(yán)重?；炷羷兟渖疃茸畲罂蛇_(dá)[X42]mm，部分區(qū)域的鋼筋和型鋼外露。在混凝土剝落處，可以明顯看到鋼筋和型鋼表面有氧化變色的痕跡，表明在火災(zāi)高溫下，鋼筋和型鋼與氧氣發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。試件表面還存在大量裂縫，裂縫寬度和深度不一，部分裂縫貫穿整個(gè)柱肢。裂縫主要集中在受火面和柱肢的交界處，這些裂縫的出現(xiàn)嚴(yán)重削弱了試件的整體性和承載能力。在靜載試驗(yàn)過(guò)程中，按照與常溫靜載試驗(yàn)相同的加載制度進(jìn)行加載。隨著豎向荷載的逐漸增加，試件的變形逐漸增大。在加載初期，試件的變形增長(zhǎng)較為緩慢，這是因?yàn)榛馂?zāi)后的試件雖然受到了一定程度的損傷，但仍具有一定的承載能力。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的40%時(shí)，試件表面原有的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)在未出現(xiàn)裂縫的部位也開(kāi)始出現(xiàn)新的細(xì)微裂縫。隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫迅速擴(kuò)展，試件的變形增長(zhǎng)速度加快。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的60%時(shí)，試件的部分柱肢出現(xiàn)明顯的局部變形，混凝土剝落區(qū)域周圍的混凝土出現(xiàn)壓碎現(xiàn)象。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的80%時(shí)，試件的變形急劇增大，柱頂?shù)呢Q向位移和水平位移均達(dá)到較大值。此時(shí)，試件表面的裂縫寬度進(jìn)一步增大，部分裂縫寬度超過(guò)0.5mm。在柱肢的中部和交界處，出現(xiàn)了型鋼局部屈曲的現(xiàn)象，這表明試件的承載能力已經(jīng)接近極限。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的100%時(shí)，試件發(fā)生破壞。破壞時(shí)，試件的柱肢出現(xiàn)嚴(yán)重的變形和破壞，混凝土大量剝落，型鋼屈曲變形嚴(yán)重，試件喪失承載能力。通過(guò)對(duì)火災(zāi)后靜載試驗(yàn)現(xiàn)象和破壞形態(tài)的觀察分析，可以得出結(jié)論：火災(zāi)對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱的承載能力和變形性能產(chǎn)生了顯著影響?；馂?zāi)后的試件在承受豎向荷載時(shí)，其破壞模式與常溫下有所不同，主要表現(xiàn)為混凝土的剝落、裂縫的擴(kuò)展以及型鋼的局部屈曲。這些破壞特征表明，在設(shè)計(jì)和使用不等肢L形型鋼混凝土異形柱時(shí)，必須充分考慮火災(zāi)對(duì)其性能的影響，采取有效的防火措施，提高其抗火性能，以確保建筑結(jié)構(gòu)在火災(zāi)情況下的安全。四、試驗(yàn)結(jié)果分析4.1溫度場(chǎng)分析對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)試驗(yàn)中的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，可揭示其在火災(zāi)下的溫度分布規(guī)律及影響因素。圖2展示了不同受火時(shí)間下試件的截面溫度分布云圖，從圖中可以直觀地看出，在受火初期，試件表面溫度迅速升高，而內(nèi)部溫度升高相對(duì)較慢，溫度梯度較大。隨著受火時(shí)間的增加，熱量逐漸向試件內(nèi)部傳導(dǎo)，內(nèi)部溫度不斷升高，溫度梯度逐漸減小。[此處插入不同受火時(shí)間下試件的截面溫度分布云圖]以受火30min為例，柱表面靠近受火面的區(qū)域溫度已達(dá)到[X43]℃，而混凝土內(nèi)部距離受火面50mm處的溫度僅為[X44]℃。在受火60min時(shí)，柱表面大部分區(qū)域溫度超過(guò)[X45]℃，混凝土內(nèi)部距離受火面50mm處溫度升高到[X46]℃。通過(guò)對(duì)不同受火時(shí)間下溫度數(shù)據(jù)的整理和分析，繪制出溫度-時(shí)間曲線，如圖3所示。從曲線中可以清晰地看出，試件各部位的溫度隨受火時(shí)間的增加而升高，但升溫速率有所不同。柱表面的升溫速率最快，型鋼表面次之，混凝土內(nèi)部升溫速率最慢。[此處插入試件不同位置的溫度-時(shí)間曲線]影響溫度場(chǎng)分布的因素主要有以下幾個(gè)方面：首先是受火時(shí)間，受火時(shí)間越長(zhǎng)，熱量傳遞越充分，試件內(nèi)部溫度越高。在火災(zāi)試驗(yàn)初期，受火時(shí)間較短，熱量主要集中在試件表面，隨著受火時(shí)間的延長(zhǎng)，熱量逐漸深入試件內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部溫度不斷上升。其次，與受火面的距離是關(guān)鍵因素，距離受火面越近，溫度越高。這是因?yàn)闊崃繌氖芑鹈骈_(kāi)始向內(nèi)部傳導(dǎo)，距離受火面近的部位首先接收熱量，溫度迅速升高。再次，材料的導(dǎo)熱性能對(duì)溫度場(chǎng)分布有重要影響。鋼材具有良好的導(dǎo)熱性能，其表面溫度能夠較快地響應(yīng)爐內(nèi)溫度的變化；而混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較低，熱量傳遞速度較慢，使得混凝土內(nèi)部溫度升高相對(duì)緩慢。此外，混凝土保護(hù)層厚度也不容忽視，混凝土保護(hù)層能夠起到隔熱作用，延緩熱量向型鋼內(nèi)部傳遞，從而降低型鋼的升溫速率。保護(hù)層厚度越大，隔熱效果越好，型鋼的升溫速率越低。4.2變形分析將常溫試驗(yàn)與火災(zāi)后靜載試驗(yàn)中不等肢L形型鋼混凝土異形柱的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可清晰地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)對(duì)異形柱變形性能產(chǎn)生了顯著影響。在常溫靜載試驗(yàn)中，隨著豎向荷載的增加，試件的變形逐漸增大，且變形增長(zhǎng)較為均勻。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的100%時(shí)，柱頂豎向位移達(dá)到[X24]mm，水平位移達(dá)到[X25]mm。此時(shí)，試件的變形主要是由于材料的彈性和塑性變形引起的，混凝土和型鋼能夠協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載。而在火災(zāi)后靜載試驗(yàn)中，試件的變形情況與常溫下有明顯差異?；馂?zāi)后的試件在承受豎向荷載時(shí)，變形增長(zhǎng)速度更快，且變形分布不均勻。在加載初期，由于火災(zāi)對(duì)試件造成了損傷，其剛度有所降低，導(dǎo)致變形相對(duì)較大。隨著荷載的增加，試件的變形急劇增大，當(dāng)加載至設(shè)計(jì)軸力的60%時(shí)，柱頂豎向位移就已達(dá)到[X47]mm，超過(guò)了常溫下加載至設(shè)計(jì)軸力100%時(shí)的豎向位移。在加載至設(shè)計(jì)軸力的80%時(shí)，柱頂水平位移達(dá)到[X48]mm，同樣遠(yuǎn)大于常溫下的水平位移。通過(guò)對(duì)不同工況下試件變形數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)一步明確了火災(zāi)對(duì)異形柱變形性能的影響機(jī)制?；馂?zāi)高溫使混凝土和型鋼的力學(xué)性能劣化，混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量降低，型鋼的屈服強(qiáng)度和彈性模量也有所下降。這導(dǎo)致試件在承受荷載時(shí)，材料的變形能力增強(qiáng)，從而使試件的整體變形增大。此外，火災(zāi)還會(huì)使混凝土與型鋼之間的粘結(jié)性能下降，二者的協(xié)同工作能力受到削弱，進(jìn)一步加劇了試件的變形。在火災(zāi)后的試件中，由于混凝土的剝落和裂縫的擴(kuò)展，試件的截面面積減小，有效承載面積降低，這也是導(dǎo)致變形增大的重要原因之一。以試件[具體編號(hào)]為例，在常溫靜載試驗(yàn)中，其在設(shè)計(jì)軸力下的豎向位移為[X49]mm，水平位移為[X50]mm。而在火災(zāi)后靜載試驗(yàn)中，相同軸力下的豎向位移達(dá)到[X51]mm，水平位移達(dá)到[X52]mm，豎向位移和水平位移分別增加了[X53]%和[X54]%。這充分說(shuō)明了火災(zāi)對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱的變形性能產(chǎn)生了顯著的不利影響，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，必須充分考慮火災(zāi)因素，采取有效的防火措施，以確保異形柱在火災(zāi)情況下仍能保持良好的變形性能和承載能力。4.3承載力分析通過(guò)對(duì)常溫及火災(zāi)后靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)處理和分析，計(jì)算得到不等肢L形型鋼混凝土異形柱在不同工況下的承載力。在常溫靜載試驗(yàn)中，試件的承載力隨著豎向荷載的增加而逐漸增大，當(dāng)達(dá)到極限荷載時(shí)，試件發(fā)生破壞，此時(shí)的極限承載力記為N_{u0}。經(jīng)計(jì)算，各試件在常溫下的極限承載力N_{u0}在[X55]-[X56]kN之間，平均值為[X57]kN?；馂?zāi)后靜載試驗(yàn)中，由于火災(zāi)對(duì)試件造成了損傷，其承載力明顯下降。在加載過(guò)程中，隨著荷載的增加，試件的變形迅速增大，當(dāng)達(dá)到某一荷載值時(shí)，試件發(fā)生破壞，此時(shí)的承載力記為N_{u1}。計(jì)算結(jié)果表明，火災(zāi)后試件的極限承載力N_{u1}在[X58]-[X59]kN之間，平均值為[X60]kN。與常溫下的極限承載力相比，火災(zāi)后試件的極限承載力平均下降了[X61]%。以試件[具體編號(hào)]為例，常溫下其極限承載力為[X62]kN，火災(zāi)后極限承載力降至[X63]kN，下降了[X64]%。進(jìn)一步研究火災(zāi)后承載力變化規(guī)律及影響因素?；馂?zāi)溫度是影響承載力的重要因素之一。隨著火災(zāi)溫度的升高，混凝土和型鋼的力學(xué)性能劣化程度加劇，導(dǎo)致試件的承載力下降更為明顯。當(dāng)火災(zāi)溫度達(dá)到800℃以上時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度大幅降低，型鋼的屈服強(qiáng)度也顯著下降，使得試件的承載能力急劇下降。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在火災(zāi)溫度為850℃時(shí)，試件的承載力下降率達(dá)到[X65]%，而在火災(zāi)溫度為950℃時(shí)，承載力下降率更是高達(dá)[X66]%。受火時(shí)間對(duì)承載力也有顯著影響。受火時(shí)間越長(zhǎng)，試件內(nèi)部溫度越高，材料性能劣化越嚴(yán)重，承載力下降幅度越大。在相同火災(zāi)溫度下，受火時(shí)間從60min增加到90min，試件的承載力平均下降了[X67]%。這是因?yàn)殡S著受火時(shí)間的延長(zhǎng)，熱量向試件內(nèi)部深入傳遞，混凝土和型鋼的性能持續(xù)惡化，從而導(dǎo)致試件的承載能力不斷降低?；炷帘Ｗo(hù)層厚度同樣對(duì)承載力有重要影響。混凝土保護(hù)層能夠保護(hù)內(nèi)部鋼筋和型鋼免受高溫影響，延緩其力學(xué)性能的劣化。保護(hù)層厚度越大，試件的抗火性能越好，火災(zāi)后承載力下降幅度越小。對(duì)比不同保護(hù)層厚度的試件，保護(hù)層厚度為30mm的試件火災(zāi)后承載力下降率為[X68]%，而保護(hù)層厚度為40mm的試件承載力下降率為[X69]%，表明增加混凝土保護(hù)層厚度可以有效提高試件在火災(zāi)后的承載力。4.4破壞機(jī)理分析結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，深入分析不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的破壞機(jī)理，主要涉及混凝土爆裂、粘結(jié)性能退化以及型鋼與混凝土協(xié)同工作機(jī)制失效等方面。在火災(zāi)高溫作用下，混凝土內(nèi)部的水分迅速蒸發(fā)，形成蒸汽壓力。當(dāng)蒸汽壓力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)發(fā)生爆裂。試驗(yàn)中可以明顯觀察到，在火災(zāi)初期，隨著溫度的升高，試件表面的混凝土逐漸出現(xiàn)細(xì)微裂縫。隨著溫度進(jìn)一步升高，裂縫不斷擴(kuò)展，部分區(qū)域的混凝土開(kāi)始剝落，形成較大的孔洞。在火災(zāi)試驗(yàn)進(jìn)行到[X70]min時(shí)，試件受火面的混凝土出現(xiàn)了明顯的爆裂現(xiàn)象，混凝土碎片飛濺，露出內(nèi)部的鋼筋和型鋼。這是因?yàn)樵诟邷叵?，混凝土?nèi)部的水分無(wú)法及時(shí)排出，積聚的蒸汽壓力導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損，最終發(fā)生爆裂。混凝土爆裂不僅會(huì)削弱構(gòu)件的截面面積，降低其承載能力，還會(huì)使內(nèi)部的鋼筋和型鋼直接暴露在高溫環(huán)境中，加速其力學(xué)性能的劣化。型鋼與混凝土之間的粘結(jié)性能在火災(zāi)下會(huì)發(fā)生顯著退化。在常溫下，型鋼與混凝土之間通過(guò)粘結(jié)力相互作用，協(xié)同承受荷載。然而，火災(zāi)高溫會(huì)使混凝土和型鋼的材料性能發(fā)生變化，導(dǎo)致二者之間的粘結(jié)力下降。隨著溫度的升高，混凝土的熱膨脹系數(shù)與型鋼不同，這種差異會(huì)在二者之間產(chǎn)生相對(duì)變形，從而破壞粘結(jié)界面。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在火災(zāi)試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)應(yīng)變片監(jiān)測(cè)到型鋼與混凝土之間的應(yīng)變差異逐漸增大，表明粘結(jié)性能在逐漸退化。當(dāng)溫度達(dá)到[X71]℃以上時(shí)，型鋼與混凝土之間的粘結(jié)力明顯下降，二者的協(xié)同工作能力受到嚴(yán)重影響。粘結(jié)性能的退化使得型鋼與混凝土在受力過(guò)程中不能有效地協(xié)同工作，導(dǎo)致構(gòu)件的力學(xué)性能下降，變形增大，最終影響構(gòu)件的承載能力和穩(wěn)定性。火災(zāi)還會(huì)導(dǎo)致型鋼與混凝土協(xié)同工作機(jī)制失效。在正常情況下，型鋼和混凝土共同承擔(dān)荷載，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。型鋼具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠提供較大的承載能力；混凝土則能夠保護(hù)型鋼，防止其過(guò)早發(fā)生屈曲，并提供一定的抗壓強(qiáng)度。然而，在火災(zāi)高溫下，型鋼和混凝土的力學(xué)性能劣化程度不同，導(dǎo)致它們之間的協(xié)同工作機(jī)制逐漸失效。隨著溫度的升高，混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量迅速降低，而型鋼的力學(xué)性能雖然也會(huì)下降，但相對(duì)較慢。這使得在火災(zāi)后期，構(gòu)件的受力主要由型鋼承擔(dān)，混凝土的作用減弱。當(dāng)型鋼的溫度升高到一定程度時(shí)，其屈服強(qiáng)度和彈性模量也會(huì)大幅下降，無(wú)法繼續(xù)承擔(dān)荷載，最終導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生破壞。在火災(zāi)后靜載試驗(yàn)中，當(dāng)加載到一定程度時(shí)，試件的破壞主要表現(xiàn)為型鋼的局部屈曲和斷裂，而混凝土已經(jīng)失去了大部分的承載能力，這充分說(shuō)明了型鋼與混凝土協(xié)同工作機(jī)制在火災(zāi)下的失效。綜上所述，不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的破壞是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，混凝土爆裂、粘結(jié)性能退化以及型鋼與混凝土協(xié)同工作機(jī)制失效等因素相互作用，共同導(dǎo)致了構(gòu)件的破壞。深入了解這些破壞機(jī)理，對(duì)于提高不等肢L形型鋼混凝土異形柱的抗火性能，采取有效的防火措施具有重要意義。五、有限元模擬分析5.1有限元模型建立本研究采用通用有限元軟件ABAQUS對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱進(jìn)行數(shù)值模擬分析。ABAQUS具有強(qiáng)大的非線性分析能力，能夠精確模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)在各種荷載工況下的力學(xué)行為，在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如，在對(duì)復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的受力分析中，ABAQUS能夠考慮材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等多種因素，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)橋梁在不同荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和變形情況。在研究異形柱結(jié)構(gòu)時(shí)，ABAQUS也能夠通過(guò)合理的建模和參數(shù)設(shè)置，有效模擬異形柱的力學(xué)性能和破壞過(guò)程。在材料本構(gòu)關(guān)系方面，混凝土采用塑性損傷本構(gòu)模型。該模型能夠考慮混凝土在受壓和受拉狀態(tài)下的非線性力學(xué)行為，包括混凝土的開(kāi)裂、損傷演化以及剛度退化等現(xiàn)象。在高溫環(huán)境下，混凝土的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生顯著變化，塑性損傷本構(gòu)模型能夠較好地反映這些變化。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，確定混凝土在不同溫度下的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量以及損傷參數(shù)等，輸入到有限元模型中，以準(zhǔn)確模擬混凝土在火災(zāi)下的性能。例如，在高溫試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)不同溫度下混凝土試件的抗壓和抗拉試驗(yàn)，獲取其強(qiáng)度和變形數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)對(duì)塑性損傷本構(gòu)模型的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，使模型能夠更準(zhǔn)確地反映混凝土在火災(zāi)高溫下的力學(xué)行為。鋼材采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化本構(gòu)模型。該模型考慮了鋼材的屈服、強(qiáng)化以及包辛格效應(yīng)，能夠較好地描述鋼材在單調(diào)加載和循環(huán)加載下的力學(xué)性能。在火災(zāi)高溫作用下，鋼材的屈服強(qiáng)度和彈性模量會(huì)隨溫度升高而降低，雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化本構(gòu)模型可以通過(guò)設(shè)置溫度相關(guān)的材料參數(shù)來(lái)模擬這種變化。根據(jù)鋼材的高溫性能試驗(yàn)結(jié)果，確定不同溫度下鋼材的屈服強(qiáng)度、彈性模量和強(qiáng)化模量等參數(shù)，將其輸入到有限元模型中，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼材在火災(zāi)下力學(xué)性能的準(zhǔn)確模擬。在單元類型選擇上，混凝土采用八節(jié)點(diǎn)六面體減縮積分實(shí)體單元（C3D8R）。這種單元具有計(jì)算效率高、對(duì)復(fù)雜幾何形狀適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地模擬混凝土的受力和變形情況。在模擬不等肢L形型鋼混凝土異形柱時(shí)，C3D8R單元能夠準(zhǔn)確地捕捉混凝土內(nèi)部的應(yīng)力分布和應(yīng)變變化。型鋼采用四節(jié)點(diǎn)殼單元（S4R）。殼單元適用于模擬薄壁結(jié)構(gòu)，能夠有效模擬型鋼的彎曲、拉伸和剪切等力學(xué)行為。對(duì)于不等肢L形型鋼，S4R單元可以精確地描述其在受力過(guò)程中的變形和應(yīng)力狀態(tài)。通過(guò)合理劃分網(wǎng)格，確保單元尺寸和形狀能夠準(zhǔn)確反映構(gòu)件的幾何特征和受力特點(diǎn)。邊界條件設(shè)定為：柱底固定約束，限制柱底的三個(gè)方向的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；柱頂施加軸向壓力，模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)中的豎向荷載。在火災(zāi)模擬中，將火災(zāi)爐內(nèi)的溫度作為邊界條件施加在試件表面，采用生死單元技術(shù)模擬混凝土在高溫下的爆裂和剝落現(xiàn)象。通過(guò)設(shè)置合適的邊界條件，使有限元模型能夠真實(shí)地模擬不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的受力和變形情況。5.2模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證將有限元模擬得到的不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的溫度場(chǎng)、變形和承載力結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證有限元模型的準(zhǔn)確性和可靠性。在溫度場(chǎng)對(duì)比方面，選取典型試件[具體編號(hào)]，將有限元模擬得到的不同時(shí)刻截面溫度分布與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。從圖中可以看出，有限元模擬的溫度場(chǎng)分布與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。在受火初期，模擬結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)量的溫度值偏差較小，隨著受火時(shí)間的增加，由于試驗(yàn)過(guò)程中存在一些不可控因素，如試件表面的熱輻射、熱量傳遞的不均勻性等，導(dǎo)致模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在局部區(qū)域出現(xiàn)一定偏差，但整體趨勢(shì)仍然一致。例如，在受火30min時(shí)，模擬得到的柱表面靠近受火面區(qū)域的溫度為[X72]℃，試驗(yàn)測(cè)量值為[X73]℃，偏差在[X74]%以內(nèi)。在混凝土內(nèi)部，模擬溫度與試驗(yàn)測(cè)量溫度的變化趨勢(shì)也較為一致，能夠較好地反映熱量在混凝土內(nèi)部的傳遞過(guò)程。這表明所建立的有限元模型能夠準(zhǔn)確模擬不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的溫度場(chǎng)分布。[此處插入有限元模擬與試驗(yàn)溫度場(chǎng)對(duì)比圖]變形對(duì)比結(jié)果顯示，有限元模擬得到的試件在火災(zāi)下的豎向和側(cè)向變形與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果具有良好的一致性。以試件[具體編號(hào)]為例，繪制有限元模擬和試驗(yàn)得到的豎向位移-時(shí)間曲線以及側(cè)向位移-時(shí)間曲線，如圖5所示。從圖中可以清晰地看出，在火災(zāi)試驗(yàn)過(guò)程中，模擬的豎向位移和側(cè)向位移隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果基本相同。在火災(zāi)初期，模擬位移與試驗(yàn)測(cè)量位移較為接近，隨著火災(zāi)的發(fā)展，雖然模擬值與試驗(yàn)值之間存在一定差異，但這種差異在合理范圍內(nèi)。例如，在受火60min時(shí)，模擬得到的豎向位移為[X75]mm，試驗(yàn)測(cè)量值為[X76]mm，偏差為[X77]%；模擬得到的側(cè)向位移為[X78]mm，試驗(yàn)測(cè)量值為[X79]mm，偏差為[X80]%。這說(shuō)明有限元模型能夠較好地預(yù)測(cè)不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的變形情況。[此處插入有限元模擬與試驗(yàn)變形對(duì)比圖]承載力對(duì)比方面，將有限元模擬得到的試件在火災(zāi)后靜載試驗(yàn)中的極限承載力與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)計(jì)算，試件[具體編號(hào)]的有限元模擬極限承載力為[X81]kN，試驗(yàn)測(cè)得的極限承載力為[X82]kN，模擬值與試驗(yàn)值的相對(duì)誤差為[X83]%。從多個(gè)試件的對(duì)比結(jié)果來(lái)看，有限元模擬的極限承載力與試驗(yàn)結(jié)果的偏差均在可接受范圍內(nèi)，且二者的變化趨勢(shì)一致。這進(jìn)一步驗(yàn)證了有限元模型在預(yù)測(cè)不等肢L形型鋼混凝土異形柱火災(zāi)后承載力方面的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)溫度場(chǎng)、變形和承載力的對(duì)比驗(yàn)證，可以得出結(jié)論：所建立的有限元模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬不等肢L形型鋼混凝土異形柱在火災(zāi)下的力學(xué)性能，為進(jìn)一步研究其抗火性能提供了可靠的工具。有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間存在的一些微小差異，主要是由于試驗(yàn)過(guò)程中的測(cè)量誤差、材料性能的離散性以及模型簡(jiǎn)化等因素造成的，但這些差異并不影響有限元模型對(duì)異形柱抗火性能的整體評(píng)估和分析。5.3參數(shù)分析借助已驗(yàn)證的有限元模型，對(duì)不等肢L形型鋼混凝土異形柱進(jìn)行參數(shù)分析，研究不同參數(shù)對(duì)其抗火性能的影響規(guī)律，主要分析參數(shù)包括混凝土強(qiáng)度等級(jí)、型鋼含鋼率、保護(hù)層厚度以及荷載比等。在混凝土強(qiáng)度等級(jí)方面，分別選取C30、C40、C50三種強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行模擬分析。保持其他參數(shù)不變，僅改變混凝土強(qiáng)度等級(jí)。模擬結(jié)果表明，隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，異形柱在火災(zāi)下的承載力有所增加。在相同受火時(shí)間下，C50混凝土的異形柱承載力比C30混凝土的異形柱承載力提高了[X84]%。這是因?yàn)榛炷翉?qiáng)度等級(jí)的提高，使其抗壓強(qiáng)度和彈性模量增大，在火災(zāi)高溫下，能夠更好地承受荷載，延緩構(gòu)件的破壞。同時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高對(duì)構(gòu)件的變形也有一定的抑制作用。在受火90min時(shí)，C30混凝土異形柱的豎向位移為[X85]mm，而C50混凝土異形柱的豎向位移為[X86]mm，降低了[X87]%。這是由于高強(qiáng)度混凝土在高溫下具有更好的力學(xué)性能穩(wěn)定性，能夠有效限制構(gòu)件的變形。型鋼含鋼率對(duì)異形柱抗火性能的影響也十分顯著。通過(guò)改變型鋼的截面尺寸，設(shè)置含鋼率分別為[X88]%、[X90]%、[X92]%進(jìn)行模擬。結(jié)果顯示，隨著含鋼率的增加，異形柱的抗火性能明顯提升。含鋼率為[X92]%的異形柱在火災(zāi)下的極限承載力比含鋼率為[X88]%的異形柱提高了[X94]%。這是因?yàn)樾弯摼哂休^高的強(qiáng)度和良好的延性，含鋼率的增加使得構(gòu)件在火災(zāi)高溫下能夠提供更多的承載能力，同時(shí)型鋼的存在還能約束混凝土的變形，提高構(gòu)件的整體穩(wěn)定性。在受火過(guò)程中，含鋼率較高的異形柱變形增長(zhǎng)相對(duì)較慢。在受火60min時(shí)，含鋼率為[X88]%的異形柱側(cè)向位移為[X96]mm，而含鋼率為[X92]%的異形柱側(cè)向位移為[X98]mm，減少了[X100]%。保護(hù)層厚度是影響異形柱抗火性能的重要因素之一。分別模擬保護(hù)層厚度為20mm、30mm、40mm的情況。模擬結(jié)果表明，保護(hù)層厚度越大，異形柱的抗火性能越好。保護(hù)層厚度為40mm的異形柱在火災(zāi)下的耐火極限比保護(hù)層厚度為20mm的異形柱提高了[X102]min。這是因?yàn)榛炷帘Ｗo(hù)層能夠保護(hù)內(nèi)部的型鋼和鋼筋，延緩熱量的傳遞，降低型鋼和鋼筋的升溫速率，從而提高構(gòu)件的抗火性能。隨著保護(hù)層厚度的增加，構(gòu)件內(nèi)部的溫度分布更加均勻，溫度梯度減小。在受火30min時(shí)，保護(hù)層厚度為20mm的異形柱型鋼表面溫度為[X104]℃，而保護(hù)層厚度為40mm的異形柱型鋼表面溫度為[X106]℃，降低了[X108]%。荷載比對(duì)異形柱抗火性能也有重要影響。設(shè)置荷載比分別為0.3、0.5、0.7進(jìn)行模擬。結(jié)果表明，荷載比越大，異形柱在火災(zāi)下的變形越大，承載力下降越快。荷載比為0.7的異形柱在受火60min時(shí)的豎向位移