金曉飛,毛小勇,梁書亭,杜二峰

(1.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京　210096;2.蘇州科技學(xué)院 江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 蘇州　215011)

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約束PEC柱(強(qiáng)軸)抗火性能試驗(yàn)研究

金曉飛1,2,毛小勇2?,梁書亭1,杜二峰1

(1.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京210096;2.蘇州科技學(xué)院 江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 蘇州215011)

為了研究軸向約束對(duì)部分包裹型鋼混凝土組合柱(PEC柱)抗火性能的影響，開展了軸向約束PEC柱的抗火性能試驗(yàn)研究和有限元分析.考慮軸壓和繞強(qiáng)軸壓彎兩種受力形式，進(jìn)行了兩根ISO-834標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下四面受火軸向約束PEC柱的抗火性能試驗(yàn).測(cè)試了試件截面溫度場(chǎng)分布、軸向及側(cè)向變形和耐火極限，觀察了試件的破壞過程.試驗(yàn)結(jié)果表明：施加柱端彎矩的約束PEC柱側(cè)向變形速率大，其破壞形態(tài)與軸壓約束柱明顯不同，為繞強(qiáng)軸的彎曲破壞；相同荷載比下有柱端彎矩的約束PEC柱耐火極限比軸壓約束柱略長(zhǎng)，總體而言兩者的耐火極限均較短.有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，具有較高的精度，可用于進(jìn)一步的參數(shù)分析.

約束PEC柱；抗火試驗(yàn)；柱端彎矩；破壞形態(tài)；耐火極限

PEC柱(Partially Encased Concrete Column,簡(jiǎn)稱PEC柱)是在H型鋼兩翼緣之間填充混凝土形成的一種新型組合柱.H型鋼中填充混凝土大幅提高了鋼柱的承載力，同時(shí)增強(qiáng)了翼緣和腹板的局部穩(wěn)定性，相比鋼結(jié)構(gòu)柱選用PEC柱可顯著減小柱截面面積，從而合理增加房間的使用面積.此外，PEC柱還可用于已有鋼結(jié)構(gòu)柱的加固和改造，具有良好的應(yīng)用前景.

由于PEC柱型鋼翼緣外露，在高溫下易屈曲，因此PEC柱的抗火性能及其設(shè)計(jì)方法近年來逐漸成為研究的一個(gè)熱點(diǎn).Wainman等通過試驗(yàn)研究了PEC柱的抗火性能，部分試件在腹板設(shè)置了連接件，其研究結(jié)果為歐洲規(guī)范中PEC柱的抗火設(shè)計(jì)提供了依據(jù)[1].歐洲規(guī)范Eurocode 4[2]和德國規(guī)范DIN 4102-4[3]中給出了圖表化的PEC柱抗火設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)各種耐火極限要求下構(gòu)件的最小截面尺寸、最大翼緣寬厚比、配筋要求等作了具體規(guī)定.在約束柱的抗火研究方面，Ali等試驗(yàn)研究了99根縮尺高強(qiáng)、普通混凝土約束柱的抗火性能，考察了軸向約束剛度比、升溫速率和荷載比對(duì)柱耐火性能的影響[4].Benmarce等開展了12根軸向約束高強(qiáng)混凝土柱的明火試驗(yàn)[5].Huang等對(duì)4根軸向約束四面受火的足尺型鋼混凝土柱進(jìn)行了抗火性能試驗(yàn)[6]，并對(duì)型鋼混凝土柱的抗火性能進(jìn)行了數(shù)值分析，基于分析結(jié)果得到：高荷載比下，型鋼混凝土柱的耐火極限值可用EC4 Pt.1.2提供的方法進(jìn)行計(jì)算[7].吳波等針對(duì)受軸向約束的4根普通混凝土方形柱、4根高強(qiáng)混凝土方形柱進(jìn)行了升、降溫全過程的明火試驗(yàn)，研究表明軸向約束剛度比及荷載比是影響高溫下普通、高強(qiáng)混凝土柱變形性能及耐火極限的重要因素[8].吳波等還開展了12根軸向約束鋼筋混凝土異形柱(+-,T- 和 L-型)抗火性能的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)研究表明軸向約束柱的破壞形態(tài)與不考慮軸向約束柱的破壞形態(tài)差異很大，高溫下約束柱沒有出現(xiàn)無約束柱典型的“失控破壞”[9].Correia等對(duì)軸向和彎曲約束下的PEC柱利用FCTUC的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了抗火性能試驗(yàn)研究[10].毛小勇等分析了軸向約束剛度比、荷載比、偏心率、截面尺寸等參數(shù)和彎矩分布模式對(duì)約束PEC柱耐火性能的影響，研究結(jié)果表明荷載比較小時(shí)，PEC柱的耐火極限受軸向約束剛度的影響較大，荷載比較大時(shí)，PEC柱的耐火極限幾乎不受軸向約束剛度變化的影響[11].

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可知，目前對(duì)約束PEC柱的抗火性能研究還不夠完善，尤其是相關(guān)的試驗(yàn)研究偏少，距離實(shí)際應(yīng)用還有一定距離.基于此，本文對(duì)兩根四面受火軸向約束PEC柱進(jìn)行抗火性能試驗(yàn)研究，并建立了約束PEC柱的有限元分析模型，研究結(jié)果可為四面受火PEC柱耐火設(shè)計(jì)提供參考.

1　試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在蘇州科技學(xué)院江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的多功能火災(zāi)試驗(yàn)爐中進(jìn)行，火災(zāi)試驗(yàn)爐由升溫箱體、升溫控制系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、燃料供應(yīng)系統(tǒng)和高溫?cái)z像系統(tǒng)組成.升溫能力為1 200 ℃，最大加載能力5 000 kN.控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)了 ISO-834，ASTM E和 BS476升溫曲線，其他升溫曲線(包括升、降溫全過程曲線)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定.火災(zāi)試驗(yàn)爐裝置及參數(shù)可參見文獻(xiàn)[12].

1.2試件設(shè)計(jì)及制作

兩個(gè)試件的編號(hào)分別為PEC-K010-L50和PEC-K010-L50-M，編號(hào)中K010表示軸向約束剛度比為0.1，L50表示試件的荷載比為0.5，M表示柱端施加彎矩.柱軸向約束剛度比為柱軸向約束剛度與常溫下柱軸向剛度的比值.試件編號(hào)及試驗(yàn)參數(shù)見表1.

表1　試件編號(hào)及試驗(yàn)參數(shù)

試件尺寸及截面信息如圖1(c)，試件長(zhǎng)4 250 mm，截面尺寸250×250 mm；型鋼采用HW250×250×9×14，兩翼緣間填充混凝土，型鋼兩端與端板焊接(圖1(f))；混凝土內(nèi)埋置四根HRB335Φ16縱向鋼筋，保護(hù)層厚度為40 mm，縱筋端部彎折焊于端板上(圖1(f))；橫向系桿采用HPB235Φ8@100/150，在柱兩端500 mm區(qū)段內(nèi)箍筋間距為100 mm，橫向系桿通過角焊縫焊接于翼緣上，焊縫長(zhǎng)度為70 mm.

試件通過上、下端板與試驗(yàn)裝置連接，如圖1(g)所示.為了施加軸向約束，在PEC柱上端施加軸向約束鋼梁(圖1(d))，約束鋼梁通過彎曲變形對(duì)試驗(yàn)柱提供軸向約束，具體的裝置示意圖如圖1(a)，(b)所示；為了施加柱端彎矩，在PEC柱上端螺栓連接加載鋼臂(圖1(e))，通過液壓千斤頂在加載鋼臂上施加荷載，實(shí)現(xiàn)在PEC柱端部施加彎矩.

型鋼采用Q235鋼材，根據(jù)《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》(GB/T228.1-2010)的規(guī)定設(shè)計(jì)了HW型鋼翼緣、腹板的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)，測(cè)得鋼材的厚度t，屈服強(qiáng)度fy，極限強(qiáng)度fu，彈性模量Es和泊松比υ等指標(biāo)，試樣實(shí)測(cè)結(jié)果的平均值如表2所示.

表2　鋼材的力學(xué)性能

圖1　約束PEC柱抗火試驗(yàn)裝置

表3　混凝土的力學(xué)性能

為測(cè)定柱截面的溫度分布，在PEC柱中截面布置11個(gè)溫度場(chǎng)的測(cè)點(diǎn)，如圖2所示.選用K型(鎳鉻-鎳硅)熱電偶，熱電偶直徑 0.3 mm.為了保證熱電偶位置的準(zhǔn)確性，熱電偶采用后埋入的方法，具體做法為：在澆筑PEC柱時(shí)，在柱跨中截面預(yù)埋直徑為20 mm的PVC管，等試件在自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)28 d后，將預(yù)埋的PVC管取出，留出對(duì)應(yīng)埋置熱電偶的孔洞.將熱電偶按照預(yù)定位置埋置，完成后用高強(qiáng)速凝無收縮砂漿灌入孔中，讓其自然凝結(jié).型鋼柱表面的熱電偶(測(cè)點(diǎn)8,9,10,11)通過焊接在H型鋼表面的薄鋼片固定.

圖2　PEC柱截面熱電偶布置圖

1.3邊界條件和試驗(yàn)過程

PEC柱上端為理想鉸接并用鋼梁提供軸向約束，柱下端用M32高強(qiáng)螺栓與固定支座連接.施加在柱端的荷載在升溫過程中保持恒定.約束PEC柱四面受火，耐火性能測(cè)試過程如下：

1)安裝PEC柱，并關(guān)閉爐門及頂蓋；

2)安裝位移和溫度量測(cè)系統(tǒng)；

3)進(jìn)行預(yù)加載(采用20%極限荷載)，位移測(cè)試系統(tǒng)檢查；

4)燃燒器試火，風(fēng)壓傳感器及控溫?zé)犭娕紮z查；

5)按ISO-834標(biāo)準(zhǔn)曲線升溫，自動(dòng)采集位移和溫度數(shù)據(jù)；

6)達(dá)到耐火極限判定條件時(shí)，停止試驗(yàn).

2　試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1試驗(yàn)現(xiàn)象

火災(zāi)試驗(yàn)中借助于內(nèi)窺式高溫工業(yè)電視觀察PEC柱的變形和破壞過程.兩根柱共同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：隨著溫度的升高，PEC柱中混凝土水分發(fā)生遷移及蒸發(fā)，混凝土表面的顏色先由淺變深再變淺；升溫十幾分鐘后，爐體有水蒸氣逸出；在試件達(dá)到耐火極限前5 min，千斤頂油源出現(xiàn)補(bǔ)壓現(xiàn)象，且頻率隨升溫時(shí)間增加而加快；達(dá)到耐火極限時(shí)，受壓區(qū)混凝土被壓潰，混凝土塊從PEC柱上掉落，如圖3和圖4所示；試驗(yàn)過程中，沒有出現(xiàn)明顯的爆裂現(xiàn)象.柱達(dá)到耐火極限時(shí)，變形突然增加，軸向變形驟增.

1) 試件PEC-K010-L50

當(dāng)升溫至9分30秒時(shí)，試件表面有水分從內(nèi)部滲出；升溫至16 min，明顯有水蒸氣逸出，試驗(yàn)爐爐壁出現(xiàn)水珠，該現(xiàn)象持續(xù)了一段時(shí)間；升溫至25 min，千斤頂油源出現(xiàn)補(bǔ)壓現(xiàn)象；升溫30 min，千斤頂油源補(bǔ)壓明顯加快，柱承載力急劇下降，軸向變形驟增，PEC柱繞弱軸彎曲破壞，試件達(dá)到耐火極限.PEC-K010-L50的耐火極限為30 min.

破壞的試件如圖3所示，破壞時(shí)柱繞弱軸彎曲破壞可能的原因是：隨著溫度的增加，型鋼及混凝土抗壓強(qiáng)度下降，部分混凝土被壓潰，其中部分混凝土掉落使柱弱軸抗彎剛度迅速減弱，導(dǎo)致柱繞弱軸發(fā)生彎曲破壞.圖3(b)為高溫下因材料強(qiáng)度下降導(dǎo)致的混凝土壓潰掉落后的情景.圖3(c)為柱中部位翼緣屈曲，混凝土被壓潰.圖3(d)為柱腳部位混凝土被壓潰的情景.試驗(yàn)中橫向系桿沒有因受壓導(dǎo)致柱橫向變形增大而從翼緣上脫焊，對(duì)比文獻(xiàn)[10]，橫向系桿焊在翼緣比焊在腹板合理.

2) 試件PEC-K010-L50-M

當(dāng)升溫至7分30秒時(shí)，試件表面有水分從內(nèi)部滲出；升溫至11 min，試驗(yàn)爐明顯有水蒸氣逸出，且爐壁上有明顯的水珠，該現(xiàn)象持續(xù)了一段時(shí)間；升溫至26 min，千斤頂油源出現(xiàn)補(bǔ)壓聲音；升溫至31 min，千斤頂油源補(bǔ)壓頻率加快，柱的承載力下降.升溫至35 min，軸向變形驟增，試件達(dá)到耐火極限.PEC-K010-L50-M的耐火極限為35 min.

圖3　PEC-K010-L50的破壞情況

PEC-K010-L50-M破壞后的情況如圖4所示.圖4(a)表明試件達(dá)到耐火極限時(shí)繞柱高約2/3處發(fā)生彎曲破壞.原因?yàn)椋杭又藦澗氐臉?gòu)件，構(gòu)件變形后產(chǎn)生二階效應(yīng)，且構(gòu)件截面受高溫作用發(fā)生損傷后二階效應(yīng)更加明顯，隨著升溫時(shí)間的增加，柱的抗彎剛度逐漸降低，最終柱在中間部位發(fā)生彎曲，混凝土被壓潰，該部位型鋼翼緣發(fā)生局部屈曲.圖4(b)為PEC柱彎曲部位的一面混凝土被壓潰；圖4(c)為PEC柱彎曲部位的另一面混凝土被壓潰且縱筋局部壓曲至向外鼓出；柱破壞時(shí)混凝土出現(xiàn)了縱向裂縫，如圖4(d)所示.

2.2溫度場(chǎng)分布

PEC-K010-L50，PEC-K010-L50-M截面測(cè)點(diǎn)的溫度-時(shí)間曲線分別如圖5(a)，(b)所示.由圖可見，爐內(nèi)實(shí)際升溫曲線與 ISO834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線符合良好，其中實(shí)際升溫曲線為試驗(yàn)爐6個(gè)不同位置控溫?zé)犭娕嫉钠骄?爐內(nèi)溫度在起始階段分別出現(xiàn)了升溫速度滯后(圖5(a))和超前(圖5(b))現(xiàn)象，但在升溫5 min之后，兩者基本趨于一致.

圖4　PEC-K010-L50-M的破壞情況

t/min

t/min PEC-K010-L50-M

從各測(cè)點(diǎn)的溫度曲線可以看出，型鋼上測(cè)點(diǎn)溫度的上升明顯較快，如圖5(a)測(cè)點(diǎn)9和10.混凝土上測(cè)點(diǎn)在100 ℃左右出現(xiàn)了較明顯的“平臺(tái)效應(yīng)”.原因是：到達(dá)100℃左右時(shí)混凝土中的水分蒸發(fā)吸收部分熱量，吸收的熱量與上升的溫度大致相抵，從而出現(xiàn)了溫度平臺(tái).

由圖5(a)可見，測(cè)點(diǎn)溫度隨著埋置深度增加而降低；埋置深度相近時(shí)，升溫曲線也大致接近，如3號(hào)(埋置深度為90 mm)及5號(hào)(埋置深度為80 mm)測(cè)點(diǎn)；因?yàn)殇摬牡臒醾鲗?dǎo)系數(shù)很高，導(dǎo)致位于腹板上的4號(hào)測(cè)點(diǎn)升溫較快；6號(hào)測(cè)點(diǎn)(埋置深度為20 mm)離柱表面很近，其升溫明顯迅速；型鋼上測(cè)點(diǎn)(8，9，10)的升溫速度明顯比混凝土測(cè)點(diǎn)(3，5，6，7)快.

圖5(b)中各測(cè)點(diǎn)的溫度曲線與圖5(a)中的情況基本一致.

2.3試件變形情況

圖6(a)(b)分別給出了軸向約束PEC柱軸向變形-時(shí)間曲線圖和側(cè)向變形-時(shí)間曲線圖.

PEC-K010-L50變形表明：軸向膨脹變形呈現(xiàn)先逐漸上升，當(dāng)變形發(fā)展到最大值時(shí)，變形慢慢回落，最后隨著溫度的不斷升高，材料的性能不斷劣化，柱軸向剛度迅速減小，導(dǎo)致膨脹變形迅速回落；前期側(cè)向變形發(fā)展較為平緩，隨著溫度的升高，兩翼緣與腹板間的混凝土被壓潰而掉落，接近耐火極限時(shí)，PEC柱的抗彎剛度迅速減小，PEC柱的側(cè)向變形顯著增大.

PEC-K010-L50-M變形表明：軸向膨脹變形呈現(xiàn)出先逐漸上升，當(dāng)變形發(fā)展到最大值時(shí)，隨著溫度的不斷升高，材料的性能不斷劣化，柱軸向剛度迅速減小，軸向膨脹變形以較快速度回落，最后試驗(yàn)柱達(dá)到耐火極限；施加柱端彎矩約束PEC柱的側(cè)向變形速率較大，隨著升溫時(shí)間的增加，約束PEC柱的側(cè)向變形速率不斷增加，接近耐火極限時(shí)，柱的側(cè)向變形迅速增加，最終試件破壞.

試驗(yàn)升溫過程中，PEC-K010-L50和PEC-K010-L50-M的附加軸力隨時(shí)間的變化規(guī)律亦呈現(xiàn)出與軸向膨脹變形類似的規(guī)律：即先逐漸增大，當(dāng)增大至最大值后，隨著溫度的不斷升高，材料的性能不斷劣化，構(gòu)件軸向剛度迅速減小，附加軸力以較大速率持續(xù)減小，直到回歸至構(gòu)件初始內(nèi)力.主要原因如下：升溫時(shí)，柱子因發(fā)生熱膨脹且柱頂?shù)妮S向約束限制其變形，相當(dāng)于柱頂?shù)妮S向約束向下“壓”柱，使得柱子受到的軸力逐漸增大；隨著溫度的不斷升高，高溫下構(gòu)件材料的劣化導(dǎo)致PEC柱軸向剛度下降；另外，高溫和增大后的軸力共同作用下構(gòu)件的瞬態(tài)熱應(yīng)變不斷增加，最終導(dǎo)致構(gòu)件附加軸力持續(xù)減小，直至構(gòu)件破壞.

時(shí)間/min

時(shí)間/min

2.4試件耐火極限

約束柱的耐火極限為柱的內(nèi)力回歸到柱初始內(nèi)力的時(shí)間.PEC-K010-L05和PEC-K010-L05-M的耐火極限分別為30 min和35 min.除了端部彎矩外，兩根構(gòu)件的荷載比、截面幾何參數(shù)、軸向約束比等條件均相同，耐火極限為加柱端彎矩的試件略大，主要原因是：試件PEC-K010-L05在火災(zāi)作用下破壞形式為繞弱軸失穩(wěn)破壞，而施加柱端彎矩的試件PEC-K010-L05-M在高溫作用下的破壞形態(tài)為繞強(qiáng)軸的彎曲破壞，因此盡管后者變形后的二階效應(yīng)影響更大，但其耐火極限反而稍長(zhǎng).但總體上兩個(gè)試件的耐火極限均偏小.

3　有限元分析

運(yùn)用ABAQUS有限元軟件對(duì)約束PEC柱的抗火試驗(yàn)進(jìn)行模擬.溫度場(chǎng)分析時(shí)，混凝土和鋼材都采用Eurocode4提供的熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱[2]，混凝土容重取值為2 300 kg/m3，鋼材容重取值為7 850 kg/m3；力學(xué)分析時(shí)，混凝土采用塑性損傷模型，鋼材采用彈塑性模型，高溫下混凝土和鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用Eurocode4模型[2].

溫度場(chǎng)分析時(shí)，混凝土、端板和型鋼采用8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元(DC3D8)，鋼筋采用2節(jié)點(diǎn)桁架單元(DC1D2)；力學(xué)分析時(shí)，單元的網(wǎng)格劃分和節(jié)點(diǎn)編號(hào)與溫度場(chǎng)一致，將熱分析單元改為力學(xué)分析單元，混凝土、端板和型鋼采用8節(jié)點(diǎn)減縮積分格式的三維實(shí)體單元(C3D8R)，鋼筋采用2節(jié)點(diǎn)桁架單元(T3D2).有限元網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分.

溫度場(chǎng)分析時(shí)，近似認(rèn)為型鋼和鋼筋與混凝土界面之間不存在溫度變化；力學(xué)分析時(shí)，型鋼、鋼筋與混凝土之間引起的粘結(jié)強(qiáng)度破壞并不常見，暫不考慮它們之間的粘結(jié)滑移，亦不考慮材料常溫強(qiáng)度的隨機(jī)性影響[13].

力學(xué)分析時(shí)，PEC柱上、下端約束形式與試驗(yàn)一致，并通過彈簧單元施加軸向約束.

圖7 (a)(b)分別為試件PEC-K010-L05，PEC-K010-L05-M的混凝土(T7)和型鋼(T9)的溫度分析結(jié)果.如圖7 (a)( b)可知，型鋼上測(cè)點(diǎn)T9溫度分析結(jié)果較好；T7測(cè)點(diǎn)初期溫度與試驗(yàn)值吻合較好，升溫后期試驗(yàn)的溫度要高于有限元模擬的溫度，這可能是由于高溫下試件混凝土開裂，熱量通過裂縫向內(nèi)部傳遞所致.

時(shí)間/min

時(shí)間/min

圖8(a)(b)分別為試件軸向變形分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比情況.由圖可見，分析得到的軸向變形發(fā)展趨勢(shì)與試驗(yàn)大體一致，軸向變形的最大值比較接近，軸向變形最大值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間基本相同及其回歸至零時(shí)的時(shí)間基本相同.試件的軸向變形有限元計(jì)算值與試驗(yàn)值整體吻合較好.

上述結(jié)果表明，本文的有限元模型具有良好的精度，可用于約束PEC柱抗火性能的進(jìn)一步分析.

時(shí)間/min

時(shí)間/min

4　結(jié)　論

進(jìn)行了兩根四面受火約束PEC柱在ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下的抗火性能試驗(yàn)和有限元模擬，結(jié)論如下：

1)高溫下約束PEC柱沒有出現(xiàn)無約束柱典型的“失控破壞”，試驗(yàn)過程中混凝土沒有出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象，混凝土的剝落是由于高溫材料劣化引起的壓潰所致.

2)各測(cè)點(diǎn)的溫度-時(shí)間曲線表明，混凝土中測(cè)點(diǎn)埋置位置越深溫度越低，型鋼上相應(yīng)位置測(cè)點(diǎn)的溫度基本一致.

3)柱端施加彎矩對(duì)約束PEC柱的側(cè)向變形影響較大，施加柱端彎矩后柱繞強(qiáng)軸彎曲，與不施加彎矩的軸壓約束柱破壞形態(tài)明顯不同.相同荷載比下有柱端彎矩的約束PEC柱耐火極限比沒有柱端彎矩的軸壓柱耐火極限時(shí)間稍長(zhǎng)，總體上兩者的耐火極限均較短.

4)有限元法分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，有限元方法研究約束PEC柱的抗火性能具有良好的精度.

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Experimental Study on the Fire Resistance Behaviors of Restrained PEC Column (Strong Axis)

JIN Xiao-fei1,2,MAO Xiao-yong2?,LIANG Shu-ting1,DU Er-feng1

(1.School of Civil Engineering,Southeast Univ,Nanjing,Jiangsu210096,China; 2.Jiangsu Key Lab of Structural Engineering,Suzhou Univ of Science and Technology,Suzhou,Jiangsu215011,China)

To study the axial constraint effect on fire resistance of partially encased concrete column (PEC column),an experimental study and a numerical simulation were carried out.Two unprotected PEC columns were tested under ISO-834 standard fire.The two columns were bent in strong axis subjected to axial load and eccentrically compression load,respectively.The distribution of temperature field on the cross-sections,axial and lateral deformations,fire resistance,and failure modes of the specimens were recorded and presented.The test results show that the restrained column applied end moment exhibits higher lateral deformation rate than that of the axially loaded column,and the failure modes are obviously different.The fire resistance of the restrained column applied with end column is higher than that of the axially loaded column under the same load ratio.Generally,fire resistance limits of the two PEC columns are all short.Moreover,a comparison between numerical analysis and test results shows good agreement.Therefore,the numerical model provides sufficient accuracy to predict the fire resistance of the restrained PEC columns,which could be used for further parametric analysis.

restrained PEC column; fire test; column applied moment; damage situation; fire resistance

1674-2974(2016)09-0059-07

2015-08-29

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278321)，National Natural Science Foundation of China(51278321); 江蘇省“333工程”中青年學(xué)術(shù)帶頭人項(xiàng)目(2011-III-1127); 江蘇省“六大人才高峰”項(xiàng)目(2012-JZ-0004)

金曉飛(1985-)，男，江蘇蘇州人，東南大學(xué)博士研究生

?通訊聯(lián)系人，E-mail:maoxiaoyong@yeah.net

TU398

A