轻骨料混凝土组合楼盖承载力及抗火性能研究

论文摘要

采用压型钢板-轻骨料混凝土组合楼板是降低多高层钢结构框架自重的有效途径。轻骨料混凝土较普通混凝土可减轻楼板自重的25%左右,进而可减少结构自重总量的10%～20%,具有良好的经济效益和社会效益。然而,钢结构的耐火性能差,在高温下强度、弹性模量急剧下降。当温度升高到600℃,钢材基本上丧失全部强度和刚度。鉴于压型钢板—轻骨料混凝土组合楼板具有广泛的应用前景,而我国在这方面研究又比较缺乏,本文对这种新型组合楼板进行了火灾试验研究和理论分析。本文根据轻骨料规范要求,对陶粒进行材料性能试验。在考虑了集料性质、水灰比及砂率等因素的基础上,成功配制出密度为1760 kg/m3的LC25混凝土。本文以我国常用的YX76-305-915型压型钢板为研究对象,对五块压型钢板—轻骨料混凝土组合楼板进行了试验研究。首先对承载条件下的四块陶粒混凝土组合楼板开展了火灾行为试验,得到了该楼板的火灾热响应及位移响应。为了考察火灾后的性能,进一步对陶粒混凝土组合楼板分别进行了常温下和火灾作用后的承载力试验研究。根据本系列试验结果重点讨论了火灾作用对轻骨料混凝土组合楼板火灾后承载力的影响,对破坏现象及机理进行了分析。结果表明:增加楼板厚度能提高组合楼板的抗火性能,提高组合楼板在火灾后的承载力;在楼板内部焊接栓钉会减弱组合楼板的抗火性能,降低组合楼板在火灾后的承载力;与未受火作用的同样规格的组合楼板相比,火灾后陶粒混凝土组合楼板的破坏形式发生较大变化,但仍具有较高的承载力。最后采用Marc有限元软件进行了模拟计算,并与试验结果进行了比较。结果表明,有限元模拟分析虽然有一定的误差,但与实验结果在一定程度上还比较接近,说明利用数值模拟分析解决混凝土组合楼板的抗火研究是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国外研究现状
• 1.3 国内研究现状
• 1.3.1 常温下压型钢板—普通混凝土组合楼板的研究现状
• 1.3.2 常温下压型钢板—轻骨料混凝土组合楼板的研究现状
• 1.3.3 高温下压型钢板—普通混凝土组合楼板的研究现状
• 1.4 本文研究依据
• 1.5 本文研究工作
• 2 压型钢板—陶粒混凝土组合楼板的设计与制作
• 2.1 组合楼板的材料及性能
• 2.1.1 轻骨料混凝土
• 2.1.2 压型钢板
• 2.1.3 钢筋
• 2.1.4 小钢管
• 2.2 组合楼板的设计与制作
• 3 压型钢板—陶粒混凝土组合楼板的抗火性能试验
• 3.1 火灾试验炉简介
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 试验测试方案
• 3.2.2 火灾试验温度曲线
• 3.3 试验及结果分析
• 3.3.1 试验过程描述
• 3.3.2 温度场结果及分析
• 3.3.3 楼板位移结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 火灾后压型钢板—陶粒混凝土组合楼板的受弯承载力试验
• 4.1 试验方案
• 4.1.1 试验测试方案
• 4.1.2 试验前注意事项
• 4.2 试验及结果分析
• 4.2.1 组合板的试验过程
• 4.2.2 试验荷载-挠度曲线
• 4.2.3 试验荷载-应变曲线
• 4.3 本章小结
• 5 有限元模拟分析
• 5.1 有限元分析软件简介
• 5.2 组合楼板建模
• 5.2.1 组合楼板的有限元建模
• 5.2.2 钢和混凝土的材料特性
• 5.3 有限元过分析及结果
• 5.3.1 组合楼板瞬态温度场分析
• 5.3.2 组合楼板火灾下承载力分析
• 5.3.3 火灾后楼板承载力分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢