钢管混凝土在火灾（高温）下及高温（火灾）后的抗冲击性能研究

论文摘要

近年来,建筑火灾事故和恐怖袭击事件频繁发生,导致的倒塌事故已经造成了巨大的人员和财产损失。钢管混凝土在准静态荷载作用下和常温下钢管混凝土抗冲击力学性能研究成果表明,钢管混凝土不仅具有良好的耐火性能和火灾后力学性能,而且常温下具有良好的抗冲击性能。这就使得钢管混凝土在火灾（高温）下（后）可能具有良好的抗冲击（倒塌）能力,适合作为一种良好的抗火灾倒塌结构形式。因此,本文运用湖南大学高性能落锤试验机进行了火灾下和高温后钢管混凝土的抗冲击性能试验研究,同时应用有限元软件ABAQUS/Explicit对火灾（高温）下和火灾（高温）后钢管混凝土冲击试验进行了数值模拟,为结构抗火灾倒塌设计提供参考。本文主要开展了如下研究工作:（1）研制了一种新型的可控复合升温方法,即采用电加热和液化气加热复合升温方法。以ISO-834标准升降温曲线和实际火灾的升降温曲线为参考进行了升温调试,为开展火灾试验提供一种实用方法。（2）进行了高温作用后钢管混凝土短柱落锤冲击试验研究,试验参数包括试件所经历的最高温度、冲击速度和锤重（冲击能量）、含钢率、试件在加热和冷却全过程中的轴压比水平,重点分析了轴压比水平（n）对钢管混凝土的最大冲击力和残余变形等力学指标的影响。（3）首次进行了ISO-834标准火灾作用下钢管混凝土短柱落锤冲击试验研究,试验参数包括受火时间、冲击速度、冲击能量、含钢率、高径比,重点分析了受火时间对钢管混凝土的最大冲击力和残余变形等力学指标的影响。（4）首次进行了火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验研究,试验参数包括冲击速度、冲击能量和升温时间。（5）采用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了高温下和高温后钢管混凝土的动态冲击模型,并对钢管混凝土冲击试验进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好,并提出了简化的抗冲击方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢管混凝土的特点与发展
• 1.1.1 钢管混凝土的特点
• 1.1.2 钢管混凝土的发展
• 1.2 课题研究的背景与意义
• 1.3 相关课题的研究现状综述
• 1.3.1 钢管混凝土火灾（高温）下（后）的力学性能
• 1.3.2 钢管混凝土抗冲击性能研究现状
• 1.3.3 钢材动态力学性能的研究
• 1.3.4 混凝土动态力学性能的研究
• 1.4 本文主要研究内容、方法及研究成果
• 1.4.1 研究内容和方法
• 1.4.2 研究成果
• 第2章 一种采用可控复合升温方法的高温试验炉
• 2.1 电炉炉体结构、温度控制及升温性能
• 2.1.1 炉体结构
• 2.1.2 电炉温度控制
• 2.1.3 电炉升温性能
• 2.2 液化燃烧器的组成结构和工作原理
• 2.2.1 液化燃烧器的组合结构
• 2.2.2 升温控制原理
• 2.2.3 升降温性能
• 2.2.4 液化燃烧器模拟实测火灾温度曲线的性能
• 2.3 可控复合升温方法的技术原理
• 2.4 ISO-834 复合升温温度-时间曲线试验
• 2.5 降温温度控制
• 2.6 复合升温高温试验炉性能评定
• 2.7 本章小结
• 第3章 高温后钢管混凝土短柱落锤冲击试验
• 3.1 试验概况
• 3.1.1 试验设计
• 3.1.2 试件制作与加工
• 3.1.3 试验材料与材性
• 3.2 落锤试验机介绍
• 3.3 试验测试内容
• 3.4 试验方法
• 3.5 试验结果与分析
• 3.5.1 高温全过程试验
• 3.5.2 试件破坏模态
• 3.5.3 试件残余变形
• 3.5.4 应变时程曲线
• 3.5.5 冲击力时程曲线
• 3.5.6 冲击荷载与位移关系
• 3.6 试验参数影响分析
• 3.7 高温后动态承载力简化评估方法探讨
• 3.8 本章小节
• 第4章 标准火灾下钢管混凝土短柱落锤冲击试验
• 4.1 试验概况
• 4.1.1 试验设计
• 4.1.2 试件制作与加工
• 4.1.3 试验材料与材性
• 4.1.4 冲击试验装置、测量仪器及测量内容
• 4.1.5 试验方法和试验现象
• 4.2 试验结果与分析
• 4.2.1 温度场测试与模拟
• 4.2.2 试件破坏模态
• 4.2.3 试件残余变形
• 4.2.4 常温下试件应变时程曲线
• 4.2.5 冲击力时程曲线
• 4.2.6 冲击荷载与位移关系
• 4.3 试验参数影响分析
• 4.4 高温下动态承载力简化评估方法探讨
• 4.5 本章小节
• 第5章 火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验
• 5.1 试验概况
• 5.1.1 试验设计
• 5.1.2 试件制作与加工
• 5.1.3 试验材料与材性
• 5.1.4 冲击试验装置、测量仪器及测试内容
• 5.2 试验方法
• 5.3 高温试验现象
• 5.4 试验结果与分析
• 5.4.1 温度场测试与模拟
• 5.4.2 破坏形态与残余变形
• 5.4.3 常温下试件应变时程曲线
• 5.4.4 冲击力时程曲线
• 5.4.5 冲击荷载与位移关系
• 5.5 试验参数影响分析
• 5.6 本章小节
• 第6章 钢管混凝土抗冲击试验有限元模拟
• 6.1 ABAQUS/Explicit 非线性动态分析功能简介
• 6.2 材料的本构模型
• 6.2.1 核心混凝土本构关系模型
• 6.2.2 钢材的本构模型
• 6.2.3 锤头的本构模型
• 6.3 建立模型
• 6.4 算例分析
• 6.5 简化的抗冲击评估方法
• 6.5.1 动态极限承载能力
• 6.5.2 轴向弹性压缩刚度
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）