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众多建筑形式中,钢管混凝土结构一直被认为是一种具有较高承载能力,且耐火性能出众的结构形式之一。关于钢管混凝土柱抗火性能的研究开始的时间较早,且国内外研究成果众多。但是,现有的研究中主要集中在尺寸效应、不同端部约束、材料类型等方面。关于初始几何缺陷和残余应力对火灾下钢管混凝土柱性能影响的研究精细度不足。对于多因素耦合作用下钢管混凝土柱耐火抗力机制的研究还不够深入。并且,现有理论研究中,有关于存在初始几何缺陷和残余应力的火灾下钢管混凝土柱的极限承载力的预计方法精度有待提高。针对以上内容,本文完成了以下工作:(1)针对焊接等因素对钢管造成的残余应力,通过改进打孔设备及测点布置,使用盲孔法测得钢管混凝土柱的实际残余应力及其分布状态。测量结果发现残余应力在钢管上的分布情况大致呈现为靠近端板焊缝处较大,柱中间位置较小的规律。实测残余应力最大约为0.1倍的钢材屈服强度。(2)在测得残余应力之后,针对制作工艺,运输方式等原因造成的初始几何缺陷,本文对比以往测量方式,设计了一种新的测量方法。即使用经纬仪对试验钢管混凝土柱两侧各11个测点的坐标进行测定,从而得到其初偏心和初弯曲,进而得到其初始几何缺陷。根据本文测量方法,通过对测量结果的整理,发现初始几何缺陷在钢管混凝土柱的端部产生最大值。(3)在获得试验钢管混凝土柱的残余应力与初始几何缺陷后,对采用恒载升温的方式,对6根轴心受压圆钢管混凝土柱和6根偏心受压圆钢管混凝土柱进行火灾试验研究。同时,采集试件的位移、温度等数据样本,进行对比分析。发现,由于外包钢管与核心混凝土的比热不同,两种材料产生了较大的温差变化。残余应力影响钢管强度,使其更易屈服,产生脱粘,造成局部屈曲现象。初始几何缺陷的存在,导致荷载的偏心增大,影响了构件整体稳定性,使钢管混凝土柱产生更大的端部转角。破开钢管,发现内部混凝土与钢管壁产生缝隙,发生脱粘现象,即在升温过程中,钢管与核心混凝土的相互制约作用减弱。(4)为了进一步探究残余应力和初始几何缺陷对火灾下钢管混凝土柱耐火性能的影响。本文使用有限元分析软件ABAQUS6.14,对钢管混凝土柱进行数值模拟研究。通过与真实试验的对比,力求模型尽可能与试验相吻合,从而以残余应力和初始几何缺陷为可变参数,对火灾下的数值模型进行分析。模拟发现,钢管混凝土柱的轴向位移、耐火极限和反力的变化均受到残余应力和初始几何缺陷带来的不利影响。残余应力主要影响钢管强度,从而在残余应力较大处易产生局部屈曲。初始几何缺陷对试件的压缩变形产生较为明显的影响,降低柱抵抗变形的能力。(5)为了能够更为准确的预测存在残余应力和初始几何缺陷的钢管混凝土柱的极限承载力。本文以日本标准为基础,结合已有的火灾下钢管混凝土柱极限承载力预计公式。同时,将残余应力和初始几何缺陷作为影响因素,修正折减系数,得到火灾下钢管混凝土柱的极限承载力预计公式。并将典型算例理论结果与模拟结果相对比,结果存在合理差距,总体拟合良好。