蜂窝组合梁抗火性能试验研究

发布时间：2020-07-06 12:39

【摘要】：与实腹式钢构件比较,在相同用钢量条件下,蜂窝钢构件具有更大的抗弯刚度,而且腹板孔洞便于管道穿过,更好的满足建筑功能要求。因此,蜂窝钢构件越来越多地应用在大跨度、多高层房屋钢结构中。目前,有关钢构件、钢与混凝土组合构件抗火性能的研究较多,但关于蜂窝钢构件、蜂窝钢构件与混凝土组合结构的抗火性能研究相对较少,对于蜂窝组合梁结构抗火性能试验研究相对更少。因此,本文于试验角度对蜂窝组合梁的抗火性能加以研究。为反映真实火灾发生时蜂窝组合构件的受力及破坏机理,本文所采用的试验方法力求模拟真实火灾发生的情况,并观测不同情况的蜂窝组合梁构件在试验过程中的温度变化及试验结束后的形态变化。本文试验共计进行6组,分别对无防火涂料保护的实腹组合梁、圆孔蜂窝组合梁、六边形孔蜂窝组合梁,以及涂刷25mm厚厚涂型防火涂料的实腹组合梁、圆孔蜂窝组合梁、六边形孔蜂窝组合梁,进行恒载升温抗火试验。各组组合梁跨度相同。各组试件混凝土楼板部分尺寸、配筋参数相同。各组试件钢梁部分上下翼缘宽度、厚度,以及腹板高度、厚度相同。为满足试验需要,于室外建造一个2米高,3米长,1.5米宽火灾试验炉,用于模拟火灾环境。试验荷载以类均匀分布的方式对构件施加固定荷载,组合梁构件简支于炉内支撑结构上,点火后监测梁两端及跨中竖向位移,监测组合梁钢梁部分跨中三点构件温度、监测火灾试验炉炉内温度。通过对比分析各构件的温度变化以及形态变化,为蜂窝构件抗火性能研究发展做出贡献。通过试验研究发现,实腹式及蜂窝式组合梁试件在真实火灾情况下,如无防火涂料保护,其抗火性能确实较差,当最高环境温度达到900℃时,试件会发生急剧变形,并最终倾覆破坏,不同开孔形态对于组合梁抗火性能影响较小;对于涂刷防火涂料的蜂窝组合梁试件,其耐火性能相较于实腹组合梁试件衰减不大,且在降温阶段,因蜂窝式开孔有助于结构降温,因此有着相较于同尺寸实腹式组合梁更快速的承载力恢复性能,防火涂料对于提升组合梁构件抗火性能效果显著,并且于火灾结束后,可以基本恢复经历火灾前的承载能力。
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391;TU352.5
【图文】：

曲线,蜂窝钢梁,圆孔型

第一种是在其腹板上直接开孔，优点是加工简便，变形程度较小；另一种是把Ｈ型钢梁的逡逑腹板依照某种曲线或折线进行切割，然后旋转或者错位焊接后进而形成的一种蜂窝钢结构逡逑形式，它的加工方法示意如图１．邋１、图１．邋２所示。逡逑ｆ邋＾逡逑（ａ）半圆切割逦（ｂ）错位焊接逡逑图１．邋１圆孔型蜂窝钢梁加工过程逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｍａｃｈｉｎｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｒｏｕｎｄ邋ｈｏｌｅ邋ｔｙｐｅ邋ｃｅｌｌｕｌａｒ邋ｓｔｅｅｌ邋ｂｅａｍ逡逑

框架结构,蜂窝梁,蜂窝钢梁,蜂窝

成功的把蜂窝形组合梁运用于楼盖，取得了可观的综合经济效益。近几年，蜂窝梁的逡逑应用越发普遍，特别是在一些大型工程，如湖南会展中心，北京首都机场新航站楼，金五逡逑星轻轨车站，杭州萧山机场，广东火车站，云南开发银行（如图１．５，图１．６）等工程中，逡逑都成功的运用了圆孔蜂窝梁作为大跨结构梁。然而，这些工程应用中，都将蜂窝梁作为次逡逑要结构构件，或是利用蜂窝梁的美观效果和自重较轻的优点，应用于非主要受力构件。而逡逑在国外，多将其应用于多高层框架结构梁，将蜂窝梁应用于框架结构梁，不但可以利用蜂逡逑窝梁的大跨优势，减少维护结构和柱的使用，也可以利用蜂窝空洞穿越设备管线，从而减逡逑小结构高度，增加可利用的建筑高度。蜂窝梁在桥梁中应用几乎空白，亦没有相关规范。逡逑蜂窝梁在英国日本应用较多。当今，美国和日本是蜂窝钢梁运用最广泛的两个国家，在运逡逑用中充分利用了蜂窝钢梁在抗震、方便布管线等优势。逡逑长沙１５层“新方舟综合示范楼”采用了蜂窝组合梁钢框架结构（２０１０年）。国家开发逡逑银行云南省分行业务办公大楼采用了蜂窝钢框架－约束屈曲支撑结构（２０１３年）。２０１４年逡逑１０月建成沈阳恒隆大厦１号塔楼（６８层，３５０．邋６米），主体结构为钢框架－剪力墙筒体结构，逡逑框架梁采用腹板开多孔的组合梁。正在建设中的天津中钢国际广场

分布情况,蜂窝梁,火灾,组合梁

Ｆｉｇ．邋１．７邋Ｔｈｅ邋ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｅｌｌｕｌａｒ邋ｂｅａｍ邋ｕｎｄｅｒ邋ｆｉｒｅ逡逑．２研宄内容逡逑通过查阅和研读现有文献和相关研究成果，以试验研究为主，同时和理论分析相结合，逡逑对蜂窝钢结构与混凝土组合梁热－力耦合作用下全过程的分析，了解高温灾害情况下逡逑组合梁的基本力学性能，准确的得出温度升高时结构失效的机制原理，详细内容如下：逡逑（１）研究升温条件下钢材及混凝土的材料性能，包括但不仅限于应力－应变关系等，逡逑蜂窝组合梁在升温条件下内应力的动态响应及变形发展，分析高温灾害下蜂窝组合梁逡逑参数、防火涂料等因素对蜂窝组合梁的抗火性能的影响以及高温灾害下蜂窝组合梁的逡逑模式，建立蜂窝钢结构构件实用抗火计算与设计方法。逡逑（２）为满足试验需要，设计制作蜂窝组合梁抗火性能试验设施，主要有：火灾试验逡逑炉内耐高温简支支撑系统，火灾试验炉炉上位移监测系统。逡逑（３）无防火涂料的实腹式组合梁、不同开孔形式蜂窝组合梁进行恒载耐火试验测试，逡逑火灾条件下蜂窝组合梁和实腹式组合梁的温度上升及分布情况，观察简支边界条件下逡逑组合梁与实腹式组合梁承载力及破坏模式的区别，分析蜂窝组合梁在火灾下破坏的机理，为抗火设计提供意见。逡逑

【参考文献】