火灾后十字形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

火灾后十字形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

0总结这种形状的柱子可以灵活地配置在房间中。柱的四肢通常与墙相同厚，这增加了房间的使用面积，深受建筑楼层的喜爱。1试验总结1.1异形柱结构试件设计为大比例试件，以减小尺寸效应对试验结果的影响，试件的截面形状均为十字形，其设计肢宽为200mm，肢高为500mm，肢高厚比为2.5，混凝土保护层厚度为30mm。异形柱选用Q235级14a槽钢骨架，选用直径为12mm的HRB400级钢筋作为其横向和斜向腹杆，腹杆与槽钢之间的连接方式为焊接，浇筑的混凝土强度等级为C30。经材性试验得f1.2火灾试验1.2.1火灾试验设计试件的火灾试验在青岛理工大学结构实验中心火灾炉内进行，试件制作养护完之后，对十字形柱2,3,4进行火灾试验，火灾炉装置见图3。火灾试验采取轴心恒载加温，对十字形柱两内折角受火情况进行模拟，利用轻质耐高温陶瓷板对试件的非受火面做相应的隔温处理，使用热电偶对陶瓷板进行绑扎，并采用防火岩棉对试件与陶瓷板之间存在的缝隙进行塞堵防止火苗对非受火面造成火灾损伤1.2.2内部温度测试点的配置火灾试验中，在火灾炉内选取5个测点位置布置K形热电偶对炉温进行准确的测量;试件的截面温度通过试件浇筑以前在柱中布置的K形热电偶来测量1.2.3槽钢外围温度试验条件火灾条件下混凝土的强度损失分为三个阶段:初始损失、强度恢复以及永久损失。三阶段损伤临界温度为100℃和400℃，火灾试验升温过程的炉温曲线由于初始环境以及外界环境温度的影响存在着一定的差异，所以试验的停火时间以试件槽钢外围温度界限为准，当试验中十字形型钢混凝土柱受火面槽钢外围温度测点(测点2或5或6)达到或者大于450℃时就停止试验，这时就可以判定试件已经遭到损伤1.3试验中的加载试验1.3.1液压千斤顶加载十字形柱火灾后的抗震试验采用建研式加载方式，水平力通过100t电压伺服作动器进行提供，轴心竖向力通过200t液压千斤顶来提供。加载装置见图7，加载方向见图8。量测内容:试件支座处滑动量以及扭转量的测量，位移计测点布置见图9;钢筋和槽钢应变测量，应变片测点位置见图10;试验过程中所有的试验数据由DH3815数据采集仪进行采集。1.3.2试验过程设计低周反复荷载试验以位移控制进行加载，在进行试验前先预加竖向设计荷载的25%确保试件各部分紧密接触，消除试件内部不均匀性，预加载两次。然后进行竖向轴压力的施加，加到设计轴压力后控制不变直至试验结束。竖向荷载施加完成后进行水平荷载的施加，试件屈服之前加载级差为3mm，每级循环一次，试件屈服后以正负屈服位移平均值为级差进行加载，每级循环三次，试验过程中对每一级的峰值荷载进行记录，峰值荷载值下降到极限荷载值的85%，即认为试件破坏，停止试验。试验加载示意图见图11。1.3.3试验构件破坏状态低周反复加载试验过程中，十字形柱的受力过程可以分为3个阶段:弹性阶段、带裂缝工作阶段以及破坏阶段。十字1的破坏状态为:试件上下端槽钢发生严重变形，腹板外侧混凝土脱落严重，且腹板处的槽钢和腹杆间的所有焊点断开，破坏形态属于剪弯破坏;十字2的破坏状态为:试件上下端混凝土严重脱落，腹板间槽钢上下端出现严重的弯曲变形，和非受火面相比，受火面混凝土破坏和槽钢变形均较严重，试件属于剪弯破坏;十字3的破坏状态为:试件上下端混凝土发生严重的破坏，其余部位并未出现显著的破坏，试件中部位置混凝土较为完整，上下端槽钢发生严重弯曲变形，腹杆发生断裂，试件属于弯曲破坏;十字4的破坏状态为:试件腹板槽钢发生整体严重的弯曲变形，明显的与混凝土分离，受火面腹板处所有腹杆都断开，在柱身中间高度处的混凝土出现严重的破碎脱落，试件属于剪切破坏。主要破坏现象见图12。2试验结果的分析2.1能耗能力测试各试件的荷载-位移滞回曲线见图13。由图13可知，所有试件的滞回曲线都很饱满，有较大的包络面积，表明十字形柱有很好的耗能能力;通过十字1,2的对比，可以看出试件2峰值荷载降低，荷载在试件达到极限荷载后下降很快，表明火灾降低了试件的耗能能力;对十字2,3,4进行对比得到，试件在一定范围内提高轴压比，使试件滞回曲线包络面积增大，更加饱满，荷载在达到峰值荷载后下降比较快。2.2火灾影响试件材料力学性能位移延性系数μ是指试件破坏时和试件屈服时所对应的位移的比值，即μ=Δ对表2,3进行分析得出，试件延性系数火灾后与未受火相比降低了13.67%，原因为火灾影响了试件的材料力学性能，降低了试件材料间的协同工作能力，致使火灾后试件延性性能降低(表2);随轴压比一定范围的提高，试件位移延性变差，轴压比由0.1提高到0.3，延性系数分别降低了5.76%和11.53%，这是由于试件轴压比提高，剪切力在试验中起主要作用，试验破坏形态主要变为剪切破坏，试件的承载能力下降较快，破坏时的位移也比较小，造成延性系数降低(表3)。2.3受火后的下试件骨架曲线骨架曲线是指每级加载首次循环中的峰值点连线构成的曲线，能够反映试件各阶段受力大小和变化。受火因素及轴压比两个不同参数下试件的骨架曲线见图14。根据图14分析受火因素，发现试件受火后较未受火构件各位移加载阶段峰值点荷载降低明显，这是由于火灾对试件混凝土的力学性能有明显的损伤影响，致使承载能力下降，峰值荷载降低(图14(a));一定范围内提高轴压比能显著增大试件的极限承载力，达到极限荷载后随轴压比提高试件骨架曲线斜率增加，说明水平承载力降低速度增大(图14(b))。2.4割线刚度的研究刚度反映结构抵抗变形的能力，刚度退化通常采用割线刚度K式中:P为对受火因素及轴压比影响因素下试件割线刚度的变化进行研究，绘制的割线刚度图见图15。从图15可以看出，所有试件的刚度在试验前期退化比较迅速，在后期比较缓慢;对比受火因素，受火后试件较未受火试件刚度整体降低，这是由于火灾影响了材料的力学性能;对比轴压比，试件在极限荷载前刚度随着轴压比在一定范围内的提高而增大，轴压比越大试件刚度退化越快，极限荷载以后，轴压比小的试件刚度退化较慢。2.5受火后能耗值增长情况试件的耗能能力通常可以根据累积耗能大小来体现，累积耗能计算公式如下:式中:E为累积耗能;F为水平剪力;x为水平位移。受火因素以及轴压比影响因素下随着位移级数增加的耗能能力值如图16所示。由图16得出，火灾后较未受火试件耗能值在试验过程的各个阶段都有所降低，试件屈服前，受火和未受火十字形柱的耗能值增长速率都比较缓慢，但屈服以后，受火十字形柱耗能值增速明显小于未受火十字形柱;轴压比对试件耗能值在试件屈服前没有明显的影响，而在试件屈服后却有了显著的区别，试件耗能值随轴压比一定范围的提高而增大，同时增加幅度表现的越来越大。3无火构件材料(1)十字形型钢混凝土柱在轴压比不同时表现的破坏形态不同，随着轴压比一定范围内增加构件的破坏形态发生了由剪弯破坏到弯曲破坏再到剪切破坏的过程。(2)火灾后，与未受火构件相比，十字形型钢混凝土柱的材料力学性能受到损伤，耗能能力降低;与未受火构