梁破坏模式SRC柱-RC梁框架抗火性能分析

陈少鹏

(苏州科技大学 江苏省结构工程重点实验室，江苏 苏州 215011)

0 前 言

型钢混凝土结构耐火性能的研究正在逐步完善。时旭东等[1]进行了钢筋混凝土门式框架火灾试验，分析了高温下框架结构的内力重分布规律和塑性铰分布规律。姚亚雄等[2-3]进行了单层双跨框架的试验研究，研究了不同受火方式对框架变形和温度场的影响规律，并进行了高温下平面框架力学性能的分析。王广勇[4]建立了多层多跨的型钢混凝土平面框架耐火性能模型，研究了火灾作用下型钢混凝土平面框架的内力分布和倒塌破坏规律，同时对两种框架的耐火极限进行了参数分析。基于此，本文建立了外荷载和火灾高温作用下梁破坏模式下SRC柱-RC梁框架的模型。对梁的荷载比、混凝土抗压强度、跨度进行模型计算分析，对这些参数对抗火性能和对框架的耐火性能影响进行了对比分析。

1 SRC柱-RC梁框架结构构造

本文的试件设计参考实际工程，建立了SRC柱-RC梁框架结构。框架梁T形钢筋混凝土梁。梁的尺寸为600×300，上部配筋为2C12，下部为2C16，箍筋为C8@150。翼缘宽度为 1 500 mm,厚度 100 mm。梁翼缘板配筋均为C8@150,翼缘板纵筋4C8。柱为型钢混凝土柱，截面尺寸为450×450，柱高3 300 mm，柱内配置H型，钢型钢尺寸为300×300×12×12、钢筋4C20，柱配筋为4C16，箍筋为C8@100。为进行参数分析，在柱火灾荷载比，梁火灾荷载比，跨度以及混凝土抗压强度这四个参数的变化下设计了15组构件。配筋示意见图1。

图1 框架构件配筋图

2 SRC柱-RC梁框架有限元模拟简介

混凝土、型钢采用8节点实体单元，钢筋采用2节点桁架单元。在温度场分析时，混凝土热工参数采用TT Lie[5]模型，型钢采用EC3[6]模型，分析时梁翼缘以下全部受火，采用ISO—834升温曲线。在力学分析时，钢材力学参数关系采用EC3[6]，混凝土力学参数采用TT Lie[5]模型。在相互作用设置中法向行为采用“硬”接触。切向行为则采用“罚”函数公式，摩擦系数0.6。梁上三分点加载，柱顶加集中荷载，柱底部固支，柱顶约束RX,RZ,UY和UZ。梁破坏模式发生时，梁发生向下的弯曲变形，柱发生向外的弯曲变形，框架梁接近节点处、框架梁底跨中塑性变形较大。故本文将重点关注梁破坏模式的SRC柱-RC梁框架结构的耐火极限及以跨中挠度达到梁计算跨度的L/20定义。

3 模型验证

验证文献[7]中的两组型钢混凝土柱-混凝土梁平面梁跨中时间-位移曲线进行了验证。框架构造信息见表1，模型验证情况见图2。由图2可知，总体上利用ABAQUS有限元分析软件模拟的计算结果与试验的吻合度较高。

表1 文献中框架构造信息表

图2 模型验证

4 SRC柱-RC梁框架构件抗火性能参数分析

4.1 梁火灾荷载比

梁火灾荷载比的影响见图3。可以看到随着梁火灾荷载比的减小，框架梁跨中挠度减小且框架梁跨中挠度变化速率减小。梁破坏模式SRC柱-RC梁平面框架结构接近耐火极限时，框架梁跨中挠度值增大。总体来看，梁火灾荷载比对框架梁跨中挠度曲线影响较大。

图3 梁火灾荷载比对框架耐火极限

4.2 框架跨度

框架跨度的影响见图4。随着梁跨度的增大，框架梁跨中挠度增大，框架梁跨中挠度变化速率增大，耐火极限略有减小。可能的原因为随着框架跨度的增大，导致挠度变化速率增大，在相同荷载比作用下对梁破坏模式框架结构的耐火极限有着明显的影响。

图4 框架跨度对框架耐火极限

4.3 混凝土抗压强度

图5为混凝土标准抗压强度的影响。随框架混凝土标准抗压强度的增加，框架梁跨中挠度变化速率增大，耐火极限显著减小。随着混凝土强度的提高，其应力—应变曲线的下降段会越来越陡，平面框架结构的应力水平随着应变而增大。总体来看，混凝土标准抗压强度对框架耐火极限影响较大。

图5 混凝土抗压强度对框架耐火极限

5 结 论

1)梁的荷载比对梁破坏模式下的SRC柱-RC梁平面框架的影响显著，随着梁火灾荷载比的增加，对于梁破坏模式的框架，框架的耐火极限越来越小。

2)在相同荷载比的条件下，增大框架的跨度，叠合梁的耐火极限略有降低。

3)在梁和柱的荷载比相同的情况下，随着混凝土抗压强度的提高,耐火极限会显著降低。

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