・
５６・
第４０卷第２９期
２ ０ １ ４年１ ０月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．２９
０ｃｔ． ２０１４
文章编号：１００９—６８２５（２０１４）２９—００５６—０３
偏心率对钢管混凝土芯柱的耐火极限影响分析
张望
（１．辽宁彰武县工程质量监督站，辽宁阜新
刘婺
１２３０００）
１２３０００； ２．辽宁工程技术大学建筑工程学院，辽宁阜新
摘要：针对在高温环境下对Ｔ形钢管混凝土芯柱的耐火极限进行研究，利用有限元分析软件建立Ｔ形钢管混凝土芯柱的数值计
算模型，探讨了Ｔ形钢管混凝土芯柱不同的偏心率对其耐火极限的影响规律，有限元数值计算结果表明：钢管混凝土芯柱具有良 好的耐火抗火性能，而偏心率对耐火极限影响较大，偏心率越小，其耐火极限越高。 关键词：有限元分析，偏心受压，ＩＳＯ一８３４升温曲线，耐火极限 中图分类号：ＴＵ３９８
文献标识码：Ａ
根据这条曲线就可以确定火灾环境温度 异形钢管混凝土芯柱的截面形式主要可以分为：１）Ｔ形；２） 会形成升温一时间曲线，十字形；３）Ｌ形。而本文所研究的Ｔ形钢管混凝土芯柱结构则是 场对其升温曲线的影响，同时根据该曲线来分析Ｔ形钢管混凝土
采用了钢管混凝土组合柱以及钢筋混凝土异形柱两种组合结构 芯柱组合结构在小偏心荷载的压力作用下的耐火极限和抗火陛能。 的优点而发展起来的新型组合结构，这种组合结构形式的钢管混 结构优良的承载能力，又可以有效保证该组合结构良好的延性能 力以及抗火耐火特性，同时由于其施工工艺方便以及其优美的外 观，所以该组合结构形式具有良好的研究应用前景。
由于Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构在高温环境下的受压力
根据文献［１］１９９０年国际标准化组织（ＩＳＯ）给出的标准温
Ｔ＝３４５１ｏｇｌ０（８ ＋１）＋２０
（１）
凝土芯柱具有良好的截面形式和足够的截面面积来保证该组合 度一时间公式如下：
其中， 为火灾环境下温度；ｆ为火灾的持续时间。
２．２ 高温下Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构的理论分析
基于物理学中的热力学第一定律ＡＥ＝Ｑ＋ （其中，ＡＥ为整
学性能以及偏心受压力学性能相关的研究较少，而且其理论分析 个体系系统内能的变化量；Ｑ为系统中热量的变化值；Ｗ为外界
计算研究尚未成型，没有可以参考和借鉴理论计算公式。因此本 系统对整体系统的做功）可以知道：在四面受火的条件下，Ｔ形钢
文在前人的研究基础上，主要研究了Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结 管混凝土芯柱组合结构的温度保持恒定不变，此时假设为沿着Ｔ 构在小偏心荷载的压力作用下的耐火极限和抗火性能。 形钢管混凝土芯柱组合结构的截面方向的二维温度场的力学问题。
１ Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构有限元分析模型的建立
由混凝土结构的基本理论可知：对于组合构件而言，当其截
在有限元分析模型中，该Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构的肢 面形式为矩形，外界温度场为均匀场的时候，此时可以假设为平 宽为１５０ ｍｍ，高度为９００ ｍｍ，其薄壁厚设置为４ ｍｍ，所选取的钢 面问题。此时所建立的Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构的热传导 材型号为Ｑ２３５。为了保证结构的稳定性，需要设置纵向钢筋以及 方程为： 水平箍筋，纵向钢筋和水平箍筋的型号均选为ＨＰＢ２３５。纵筋一 共需要用１０根的 １Ｏ，设置钢筋箍筋的间距为１００ ｍｍ，为了保证 模型的准确性，设置其混凝土外保护层厚度为１５ ｍｍ，所建立的 组合结构有限元分析模型如图１所示。
０Ｔｋ（０２ ｒ
＋
…
旁） （２）
其中，ｃ为Ｔ形钢管 凝士芯柱组合结构的材料比热，ｋＪ／（ｋｓ・ｏＣ）； Ｐ为Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构的材料密度，ｋｇ／ｍ ；ｋ为Ｔ形
为了保证有限元数值分析结果的可信度以及保证异形钢管 钢管混凝土芯柱组合结构的材料的导热系数，Ⅵ （ｍ・ｏＣ）；￡为火 混凝土芯柱偏心距对其力学性能的影响，文章分别研究了偏心距 灾燃烧的持续时间 Ｊ。
为１０ ｍｍ，２０ ｍｍ，３０ ｍｍ和４０ ｍｍ的小偏心受压情况的火灾环境 ２．３ Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构的温度场分析 下的力学性能。 基于有限元数值分析非线性软件ＡＢＡＱＵＳ对构件进行建模可
２火灾环境下的温度场 ２．１ 混凝土的升温曲线
知：在模拟Ｔ形钢管混凝土芯柱组合结构的钢筋以及混凝土的热 工性能的时候，需要首先确定其热工性能（导热系数），而确定的时
在火灾环境下，混凝土结构的力学性能在高温应力的作用下 候可以参考现有的研究成果，根据已有的文献确定其数学计算公式。
Ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ’Ｓ ｔｏｐ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
ＣＨＥＮ Ｙｕｎ・ｒｕｉ ＪＩＡ Ｚｈａｏ—ｐｉｎｇ
（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｏｓｔ＆Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｉｓｔｎｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ’Ｓ ｔｏｐ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｂｕｔ
