文献综述--钢管混凝土结构在火灾下的力学性能分析

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1、 1 毕业设计（论文） 文献综述 钢管混凝土结构在火灾下的力学性能分析 一、前言部分前言部分 钢管混凝土结构早已普遍应用于工程实践中，能够适应现代工程向大跨、高耸、 重载发展和承受恶劣自然条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，是结构工程 科学发展的一个重要方向。钢管混凝土结构具有承载力高，塑性和韧性好，抗震性能 优越，施工简单的优点。近些年火灾所造成的损失越来越严重，因此钢管混凝土结构 的防火与减灾的问题引起了人们的高度重视。 我国目前尚未制定关于钢管混凝土结构 防火设计方面的规范，这不仅制约了钢管混凝土结构在公用和民用建筑中的推广应 用， 而且由此产生对已建或在建钢管混凝土结构建筑物的耐

2、火等级的确定缺乏必要的 科学依据，由此造成了很大程度上的安全隐患。在已建成的建筑结构中，有的按照钢 筋混凝土结构的规范要求外包混凝土进行防火， 有的按照钢结构的规范要求表面刷防 火涂料可粘防火材料进行防火，这些方法虽然也可能保证结构的防火要求，但都相当 保守，因而造成不必要的浪费，并且缺乏科学性和统一性，无法大范围推广。因此， 深入研究钢管混凝土的耐火性能， 并由此可以为进一步制订钢管混凝土的防火设计规 范提供理论基础。不仅具有重要的理论意义和经济价值，而且有着十分紧迫的实际应 用的意义。 二、主题部分二、主题部分 我国目前尚未制定关于钢管混凝土结构防火设计方面的规范， 这不仅制约了钢管 混凝

3、土结构在公用和民用建筑中的推广应用， 而且由此产生对已建或在建钢管混凝土 结构建筑物的耐火等级的确定缺乏必要的科学依据， 由此造成了很大程度上的安全隐 患。在已建成的建筑结构中，有的按照钢筋混凝土结构的规范要求外包混凝土进行防 火，有的按照钢结构的规范要求表面刷防火涂料可粘防火材料进行防火，这些方法虽 然也可能保证结构的防火要求，但都相当保守，因而造成不必要的浪费，并且缺乏科 学性和统一性，无法大范围推广。因此，深入研究钢管混凝土在火灾条件下的力学性 能非常必要， 为进一步研究钢管混凝土的耐火性能， 甚至是由此确定其防火设计方法。 不仅具有重要的理论意义和经济价值，而且有着十分紧迫的实际应用的

4、意义。 国内外学者已对钢管混凝土柱耐火极限进行了系统的研究，如 KligSeh(1985) Hass(1991)， 0Meaghe r 等(1991)； Lie 和 St ri rlge r(1994)； Kim等(2000)； W ang(1999)； 2 KodU r(1 999)；韩林海等(2000-2002)等。经过国内外学者多年的研究，由于组成钢管 混凝土的钢管和核心混凝土在火灾作用时相互作用共同工作的特点， 使钢管混凝土具 有比钢结构和钢筋混凝土结构更好的耐火性能。首先，由于核心混凝土的存在，使钢 管在受火时的温度升高较单纯钢结构时的升温大为滞后。在温度升高的初期，钢管将 吸收的热

5、量传导给其内部的混凝土，混凝土在吸收了热量温度升高后，由于钢材在 200。C 左右时，强度略高于常温状态，混凝土在温度 300 以下时，强度基本不发 生变化，并且因混凝土的自蒸过程和二次水化等综合作用，使混凝土硬化，抗压强度 还有一定提高，同时产生的水蒸汽对钢管产生了降温作用，使得钢管混凝土结构的防 火性能和耐火极限远远高于在同等火灾情况下的钢结构。 同样， 由于外部钢管的存在， 使处于核心区域的混凝土在火灾高温状态下不发生表面爆裂。 使高温下的混凝土整体 性保持完好，即使混凝土因高温强度完全丧失，也会在外部钢管的约束作用下仍能承 担一部分荷载， 使得钢管混凝土结构的防火性能和耐火极限也高于同

6、等火灾情况下的 钢筋混凝土结构。其次，由于组成钢管混凝土的钢管和混凝土之间具有相互贡献、协 同 A$l-a4j 特点，当温度升高时，两种材料共同工作，共同承担温度升高后造成的荷 载分布的变化，能够发挥两种材料各自的优良性能。 结合国内外关于钢管混凝土结构在火灾下的力学性能研究， 以及防火设计方法的 理论研究成果，大致可以从以下几个方面探讨在火灾下的力学性能。一是研究钢管混 凝土结构火灾下的力学性能，用于确定其耐火极限，为制订钢管混凝土的防火设计规 范做准备工作；二是研究钢管混凝土结构火灾后的力学性能，用来确定钢管混凝土火 灾后的残余承载力，为钢管混凝土结构火灾后的维修与加固提供理论依据。 钢管混凝土的受力特点是钢管及其核心混凝土之间的相互作用提高了构件的承 载力，即钢管对混凝土的环向约束作用使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土 的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，由于混凝土的存在可以避免或延 缓钢管发生局部屈曲，可以使钢管材料性能得到充分发挥。可以看出，钢管混凝土不 仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，使钢管混凝土具有 承载力高、塑性和韧性好、