火灾后中空夹层钢管混凝土界面粘结性能研究.pdf
摘要
中空夹层钢管混凝土柱(简称CFDST柱)是一种由内外钢管和其内部填充
混凝土形成的组合结构。这种构件通过内外钢管与混凝土的共同作用,确保了结
构的稳定,展现出了良好的抗震性能和抗火性能。受火灾影响,钢管与混凝土的
材料性能会有一定程度的退化,且两者的热膨胀系数不同,会在受火后对于界面
的粘结性能产生影响,进而影响结构的整体受力状况。基于此,本研究旨在通过
CFDSTOCIC
试验分析和有限元分析两种方法,了解火灾下构件和界面的粘结
机理,为之后的工程设计和应用提供一定的数据支持。具体做了如下几项工作:
(1)进行了6根常温CFDST和14根火灾后CFDST试件推出试验,详细记
录试验现象,基于试验数据绘制了各构件的荷载位移曲线和钢管的纵向应变与横-
向应变曲线。在推出试验结束后对构件进行了切割,从而更深入了解推出构件的
破坏特征。
(2)分析了受火时间、混凝土强度、空心率等因素对界面平均粘结强度与荷
载滑移曲线的影响,并从粘结应力的组成、界面粘结损伤和界面耗能因子三个角-
度深入剖析了粘结破坏的机理。
(3)通过合理的热工参数建立了CFDST的温度场模型,了解CFDST构件
在升降温不同阶段的温度变化,分析了空心率和受火时间对核心混凝土温度的影
响。然后建立火灾后CFDST力场模型,通过与试验对比验证了有限元模型的适
用性与合理性,并在之后进行了长径比、径厚比和钢管屈服强度的参数分析。
关键词:火灾后,中空夹层钢管混凝土柱,粘结性能,试验研究,有限元模型
II
StudyontheInterfaceBondingPerformanceof
Concrete-filledDoubleSkinSteelafterFire
Abstract
Concrete-FilledDoubleSkinSteelTube(CFDST)constitutesacomposite
structureformedbyinnerandoutersteeltubesfilledwithconcrete.Thisassembly
ensuresstructuralstabilitythroughthecollaborativeactionofthesteeltubesand
concrete,demonstratingcommendableseismicandfireresistancecapabilities.Fire
incidentscaninduceacertaindegreeofdegradationinthematerialpropertiesofboth
steelandconcrete.Additionally,thedisparatecoefficientsofthermalexpansion
betweenthetwomaterialscanadverselyaffectthebondperformanceattheinterface
post-fire,therebyimpactingtheoverallload-bearingcapacityofthestructure.
Consequently,thisresearchaimstoexplorethebondingmechanismsattheOCandIC
interfacesofCFDSTcomponentsunderfireconditionsthroughexperimentalanalysis
andfiniteelementanalysis,providingessentialdatasupportforsubsequent
engineeringdesignandapplication.Thespecifictasksaccomplished