蜂窝组合梁受力性能研究及抗火性能分析

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由于蜂窝组合梁能有效减小结构自重,降低结构层高等优点,使得它被越来越广泛的应用到楼面和屋面体系中,然而腹板开孔使得蜂窝组合梁与普通实腹式组合梁在常温下和高温下的受力性能都存在较大差异。我国目前对此类构件的研究还比较少,特别是蜂窝组合梁对高温的敏感性要远远高于实腹式组合梁,这种特异性使得各种设计因素的重要性不能局限于常温状态下来界定。因此有必要深入研究蜂窝组合梁在常温以及高温下的受力性能。   本文首先采用有限元方法准确模拟了实验构件的承载力和挠度。在此基础上设计了28个有限元模型,参数化分析了混凝土翼板与钢梁组合连接程度对蜂窝组合梁承载力和挠度的影响,并通过数据拟合方法量化分析了组合连接程度的影响。对开孔形状的研究表明,在均布荷载作用下扩张比为1.5的六边形开孔蜂窝组合梁与1H高(H为六边形宽度)、0.5H宽矩形开孔蜂窝组合梁具有相同的承载力和刚度,可以将六边形开孔简化成矩形开孔,采用ASCE规范中组合梁腹板矩形开孔时承载力的计算方法来计算扩张比为1.5的六边形开孔蜂窝组合梁的承载力,经过与实验结果和有限元计算结果的对比,表明该简化方法有效。   论文仿真模拟已有蜂窝组合梁的抗火实验,探索采用有限元方法来描述火灾作用下的组合梁热力耦合发展过程,分析表明有限元计算结果与已有实验结果在温度场、应力场、变形以及破坏模式上均符合良好,验证了本文有限元模型的准确性和可靠性。在此基础上参数化分析了影响蜂窝组合梁抗火性能的多种因素,分析结果表明:蜂窝组合梁在高温作用下加劲肋布置原则与常温下存在较大的差距,高温作用下加劲肋的设置原则应该是均匀、多道而不应仅仅局限于常温下剪力或弯矩作用大的位置;常温下较小的孔口局部荷载对蜂窝组合梁承载力和刚度几乎没有任何影响,但这种开孔处局部荷载对构件抗火性能有较大影响,实际工程中分析构件抗火性能时不能忽略这一重要因素。
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