【摘 要】
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双钢板混凝土组合剪力墙具有承载能力高、抗侧刚度大、抗震性能好等优点,在高层建筑中的应用越来越广泛。双钢板混凝土组合剪力墙作为抗侧力构件,在使用过程中还要承受和传递一定的竖向荷载。目前双钢板混凝土组合剪力墙常温下的力学性能研究已取得了丰硕的成果,但其在火灾高温环境下的力学性能研究尚不多见,所以研究其在轴向荷载和火灾高温共同作用下的抗火性能具有重要的理论价值和工程意义。另外,现有针对双钢板混凝土组合剪
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划项目(2017YFC0703800)“钢结构建筑产业化关键技术及示范”子课题:新型框架钢结构体系建筑产业化技术与示范,课题编号:2017YFC0703802; 中建钢构有限公司(2018XYK-0006);
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双钢板混凝土组合剪力墙具有承载能力高、抗侧刚度大、抗震性能好等优点,在高层建筑中的应用越来越广泛。双钢板混凝土组合剪力墙作为抗侧力构件,在使用过程中还要承受和传递一定的竖向荷载。目前双钢板混凝土组合剪力墙常温下的力学性能研究已取得了丰硕的成果,但其在火灾高温环境下的力学性能研究尚不多见,所以研究其在轴向荷载和火灾高温共同作用下的抗火性能具有重要的理论价值和工程意义。另外,现有针对双钢板混凝土组合剪力墙抗火性能的研究均未考虑防火措施的影响。因此,本文通过试验、数值模拟和理论分析对双钢板混凝土组合剪力墙进行了抗火性能和耐火性能研究。具体工作如下:(1)双钢板混凝土组合剪力墙抗火性能研究。通过试验研究了火灾高温和轴压力共同作用下组合剪力墙的温度场分布特点、抗火时间和变形形态。在试验的基础上,选取合理的材料力学性能和热工性能,考虑热对流、热辐射和热传导,运用有限元分析软件ABAQUS建立了墙体抗火的数值模型,并对可能影响截面温度场分布(受火时间、截面含钢率)和构件轴向位移(栓钉和对拉螺栓间距、高厚比、轴压比)的因素进行了参数化分析。参数化分析发现,随着受火时间增加,墙体截面温度梯度越来越小,受火30min至180min,混凝土中部温度与受火面钢板温度之差在67%以上;增大栓钉和对拉螺栓间距会增大受火初期墙体的轴向膨胀位移和轴向压缩变形量;在180min受火时间下,当高厚比大于16时,高厚比的改变对轴向膨胀位移值无明显影响;增大轴压比会减小受火初期墙体的轴向膨胀位移,且当温度相同时,墙体轴向压缩变形量越大。(2)双钢板混凝土组合剪力墙耐火性能研究。经过多方论证和调研,针对现存钢结构防火保护措施的弊端,提出50mm岩棉板与3mm膨胀型防火涂料相结合的复合防火保护构造;并通过试验研究了普通防火保护构造(50mm蒸压加气混凝土板、30mm非膨胀型防火涂料)和复合防火保护构造对双钢板混凝土组合剪力墙耐火性能的影响,且3组墙体均可满足一级承重墙构件3h耐火极限的规定。复合防火保护构造可有效抑制受火面钢板的局部屈曲;对普通防火保护构造进行参数化分析,发现当采用20mm厚ALC板或10mm厚非膨胀型防火涂料时,构件温度均未达到临界温度。同时,结合3组试验的试验现象,对实际工程中双钢板混凝土组合剪力墙的防火保护做法给出合理建议。
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