工程力学 ›› 2020, Vol. 37 ›› Issue (3): 108-119.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0174

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部分预制装配型钢混凝土柱火灾后偏压试验研究

杨勇1, 魏博1, 薛亦聪1, 于云龙1,2, 龚志超1   

  1. 1. 西安建筑科技大学土木工程学院, 陕西, 西安 710055;
    2. 结构工程与抗震教育部重点实验室, 陕西, 西安 710055
  • 收稿日期:2019-04-10 修回日期:2019-08-15 出版日期:2020-03-25 发布日期:2019-08-16
  • 通讯作者: 于云龙(1989-),男,陕西人,工程师,博士,主要从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail:yyllyp126@sina.com). E-mail:yyllyp126@sina.com
  • 作者简介:杨勇(1976-),男,江西人,教授,博士,主要从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail:yyhhp2004@163.com);魏博(1994-),男,陕西人,硕士生,主要从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail:weibo941115@163.com);薛亦聪(1992-),男,陕西人,博士生,主要从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail:xjdxyc@foxmail.com);龚志超(1992-),男,江西人,硕士生,主要从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail:759845026@qq.com).
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51978565,51778525);国家重点研发计划项目(2017YFC0703404)

EXPERIMENTAL STUDY ON POST-FIRE PERFORMANCE OF PARTIALLY PRECAST STEEL REINFORCED CONCRETE COLUMNS SUBJECTED TO ECCENTRIC COMPRESSION

YANG Yong1, WEI Bo1, XUE Yi-cong1, YU Yun-long1,2, GONG Zhi-chao1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Xi'an University of Architecture&Technology, Xi'an, Shaanxi 710055, China;
    2. Key Lab of Structure and Earthquake Resistance, Xi'an, Shaanxi 710055, China
  • Received:2019-04-10 Revised:2019-08-15 Online:2020-03-25 Published:2019-08-16

摘要: 通过6个试件的火灾后偏压试验以及1个试件的常温下偏压试验,对配置活性粉末混凝土外壳的部分预制装配型钢混凝土(Partially Precast Steel Reinforced Concrete,PPSRC)柱和空心预制装配型钢混凝土(HollowPrecast Steel Reinforced Concrete,HPSRC)柱的火灾及火灾后偏压性能进行了对比分析。研究了受火时间、偏心率和核心混凝土强度对PPSRC柱及HPSRC柱的火灾下内部温度分布及火灾后剩余承载力、变形能力等方面的影响,并基于试验结构,对火灾下试件截面温度场进行了数值模拟分析。试验结果表明:火灾升温过程中试件截面测点温度存在明显的温度平台,火灾后试件的活性粉末混凝土外壳未发生爆裂现象,混凝土对型钢具有较好保护作用;模拟结果表明,截面温度及温度变化幅度由表及里逐渐降低,核心混凝土受到良好保护作用,温度相对较低;在偏压荷载下,火灾后试件的偏心受压破坏过程以及破坏形态和常温下类似,剩余承载力随火灾升温时间的增长和偏心率的增大而降低,随核心混凝土强度的增大而升高,试件的延性随核心混凝土的强度增大而增大。

关键词: 装配式结构, 型钢混凝土柱, 火灾试验, 火灾后偏压试验, 截面温度场模拟

Abstract: To investigate the post-fire performance of eccentrically loaded partially precast steel reinforced concrete (PPSRC) columns and hollow precast steel reinforced concrete (HPSRC) columns, fire test and post-fire eccentric compression test of six specimens together with one control specimen unexposed to fire were carried out. Both PPSRC columns and HPSRC columns were fabricated with high-performance outer shells made of reactive powder concrete. The effects of fire time, eccentricity and strength of inner concrete on the internal temperature distribution under fire and the residual bearing capacity and deformability post fire were studied. Meanwhile, the temperature field of the specimens under fire was modelled. The test results indicated that the fire-damaged specimens experienced a similar failure mode compared with the control specimen unexposed to fire during the post-fire eccentric compression. The residual bearing capacity decreased with the increasing of fire heating time and eccentricity, and both the deformability and residual bearing capacity increased with the increasing of core concrete strength.

Key words: prefabricated structure, steel-reinforced concrete column, fire test, post-fire eccentric compression, section temperature field simulation

中图分类号: 

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[1] 薛建阳. 组合结构设计原理[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010. Xue Jianyang. Principle of composite structure design[M]. Beijing:China Architecture & Building Press, 2010. (in Chinese)
[2] Chen S, Jia Y. Required and available moment redistribution of continuous steel-concrete composite beams[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2008, 64(2):167-175.
[3] Hajjar J F. Composite steel and concrete structural systems for seismic engineering[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2008, 58(5/6/7/8):703-723.
[4] 于云龙. 部分预制装配型钢混凝土梁基本性能及设计方法研究[D]. 西安:西安建筑科技大学, 2017. Yu Yunlong. Study on mechanical performance and design method on partially precast steel reinforced concrete beams[D]. Xi'an:Xi'an University of Architecture and Technology, 2017. (in Chinese)
[5] 杨勇, 薛亦聪, 于云龙, 等. 部分预制装配型钢混凝土梁受力性能试验研究[J]. 土木工程学报, 2018, 51(4):1-9, 19. Yang Yong, Xue Yicong, Yu Yunlong, et al. Experimental research on mechanical performance of partially precast steel reinforced concrete beams[J]. China Civil Engineering Journal, 2018, 51(4):1-9, 19. (in Chinese)
[6] Yang Y, Xue Y, Yu Y, et al. Experimental study on flexural performance of partially precast steel reinforced concrete beams[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2017, 133:192-201.
[7] Yang Y, Yu Y, Guo Y, et al. Experimental study on shear performance of partially precast castellated steel reinforced concrete (CPSRC) beams[J]. Steel and Composite Structures, 2016, 21(2):289-302.
[8] Yang Y, Xue Y, Yu Y, et al. Experimental study on seismic performance of partially precast steel reinforced concrete columns[J]. Engineering Structures, 2018, 175:63-75.
[9] 李俊华, 赵银海, 唐跃锋, 等. 火灾后型钢混凝土轴压柱剩余承载力试验[J]. 工程力学, 2012, 29(增刊1):86-91. Li Junhua, Zhao Yinhai, Tang Yuefeng, et al. Experimental study on residual load bearing capacity of SRC columns under axial force after exposure to fire[J]. Engineering Mechanics, 2012, 29(Suppl1):86-91. (in Chinese)
[10] 谭清华, 韩林海. 火灾后和加固后型钢混凝土柱的力学性能分析[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2013, 53(1):12-17. Tan Qinghua, Han Linhai. Post-fire and post-strengthening analysis of steel reinforced concrete columns subjected to fire[J]. Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2013, 53(1):12-17. (in Chinese)
[11] 王广勇, 张东明, 郑婵婵, 等. 考虑受火全过程的高温作用后型钢混凝土柱力学性能研究及有限元分析[J]. 建筑结构学报, 2016, 37(3):44-50. Wang Guangyong, Zhang Dongming, Zheng Chanchan, et al. Post fire performance of steel reinforced concrete columns subjected to fire including cooling phase[J]. Journal of Building Structures, 2016, 37(3):44-50. (in Chinese)
[12] Han L H, Zhou K, Tan Q H, et al. Performance of steel-reinforced concrete column after exposure to fire:FEA model and experiments[J]. Journal of Structural Engineering, 2016, 142(9):04016055.
[13] Han L H, Tan Q H, Song T Y. Fire performance of steel reinforced concrete columns[J]. Journal of Structural Engineering, 2015, 141(4):04014128.
[14] Zhou K, Han L H. Experimental performance of concrete-encased CFST columns subjected to full-range fire including heating and cooling[J]. Engineering Structures, 2018, 165:331-348.
[15] ISO-834, Fire-resistance tests-elements of building construction, Part 1:General requirements[S]. Geneva:International Standards Organization, 1999.
[16] ENV 1993-1-2, Eurocode 3, Design of steel structures, Part1.2:Structural fire design[S]. Brussels:European Committee for Standardization, 1993.
[17] ENV 1994-1-2, Eurocode 4, Design of steel structures, Part1.2:Structural fire design[S]. Brussels:European Committee for Standardization, 1994.
[18] 郑文忠, 王睿, 王英. 活性粉末混凝土热工参数试验研究[J]. 建筑结构学报, 2014, 35(9):107-114. Zheng Wenzhong, Wang Rui, Wang Ying. Experimental study on thermal parameter of reactive powder concrete[J]. Journal of Building Structures, 2014, 35(9):107-114. (in Chinese)
[19] 冯鹏, 强翰霖, 叶列平. 材料、构件、结构的"屈服点" 定义与讨论[J]. 工程力学, 2017, 34(3):41-51. Feng Peng, Qiang Hanlin, Ye Lieping. Discussion and definition on yield points of materials, members and structures[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(3):41-51. (in Chinese)
[1] 陈适才, 王尚则, 王亚辉, 张洋, 闫维明. 钢结构火灾反应相似模型及试验研究与分析[J]. 工程力学, 2019, 36(8): 79-86,105.
[2] 张建春, 张大山, 董毓利, 王卫华. 火灾下钢-混凝土组合梁内力变化的试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 183-192,210.
[3] 杨勇, 陈阳, 张锦涛, 林冰, 于云龙. 部分预制装配型钢混凝土构件斜截面抗剪承载能力试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 109-116.
[4] 于云龙, 杨勇, 薛亦聪, 刘亚平, 蒋雪雅. 型钢混凝土空腹叠合梁受剪承载力试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 214-223.
[5] 侯和涛, 朱文灿, 曲哲, 崔士起. 屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构干式柔性梁柱节点的试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(6): 151-161.
[6] 王勇, 段亚昆, 张亚军, 袁广林, 王腾焱, 吕俊利. 单向面内约束混凝土双向板抗火性能试验研究及数值分析[J]. 工程力学, 2018, 35(3): 65-78.
[7] 郭宏超, 郝波, 刘云贺, 孙立建. 钢框架装配式再生混凝土墙结构抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(1): 172-181.
[8] 王勇, 史伟男, 王腾焱, 袁广林, 吕俊利. 单向面内约束混凝土双向板火灾试验及承载力分析[J]. 工程力学, 2017, 34(11): 145-157.
[9] 吴涛, 刘全威, 成然, 刘喜. 钢筋套筒灌浆连接性能试验研究及筒壁应力分析[J]. 工程力学, 2017, 34(10): 68-75.
[10] 舒赣平, 杜二峰, 张欣欣, 杨占兴, 顾荣勇, 范圣刚. T型钢连接梁柱节点抗火性能试验研究[J]. 工程力学, 2016, 33(7): 136-143.
[11] 黄维, 钱江, 周知. 考虑混凝土不同约束效应的型钢混凝土柱抗震性能模拟研究[J]. 工程力学, 2016, 33(5): 157-165.
[12] 张超, 王广勇, 薛素铎, 李雄彦. 型钢混凝土柱火灾后恢复力计算模型[J]. 工程力学, 2016, 33(12): 196-205.
[13] 王广勇, 刘庆, 张东明, 张超. 火灾后型钢混凝土柱抗震性能有限元计算模型[J]. 工程力学, 2016, 33(11): 183-192.
[14] 张玉琢, 吕学涛, 王微微. 受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力研究[J]. 工程力学, 2016, 33(11): 113-120.
[15] 王广勇, 史毅, 张东明, 郑蝉蝉. 火灾后型钢混凝土柱抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2015, 32(11): 160-169.
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[1] 周小平;杨海清;张永兴. 有限宽偏心裂纹板在裂纹面受两对集中拉力作用时裂纹线的弹塑性解析解[J]. 工程力学, 2008, 25(1): 0 -027 .
[2] 张伯艳;陈厚群. LDDA动接触力的迭代算法[J]. 工程力学, 2007, 24(6): 0 -006 .
[3] 吴明;彭建兵;徐平;孙苗苗;夏唐代. 考虑土拱效应的挡墙后土压力研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 89 -095 .
[4] 何浩祥;闫维明;陈彦江. 地震动加加速度反应谱的概念及特性研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 124 -129 .
[5] 郭佳民;董石麟;袁行飞. 随机缺陷模态法在弦支穹顶稳定性计算中的应用[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 178 -183 .
[6] 黄友钦;顾明. 风雪耦合作用下单层柱面网壳的动力稳定[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 210 -217, .
[7] 李瑞雄;陈务军;付功义;赵俊钊. 透镜式缠绕肋压扁缠绕过程数值模拟及参数研究[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 244 -250 .
[8] 李旭东;刘勋;马渊;刘俊岩;吴东流. 锁相红外热成像技术测量结构的应力分布[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 218 -224 .
[9] 潘旦光;楼梦麟;董聪. P、SV波作用下层状土层随机波动分析[J]. 工程力学, 2006, 23(2): 66 -71 .
[10] 李元齐;田村幸雄;沈祖炎. 单层网壳结构等效静风荷载分布估计[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 57 -61 .
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2018年11月15日