关键词：钢筋套筒灌浆连接；火灾条件；ABAQUS；等效弹性模量E*
建筑火灾的预防与治理至关重要，钢筋套筒灌浆连接件的高温抗火性能已经越来越引起人们的高度关注，但对钢筋套筒灌浆连接件高温下的力学性能的研究相对较少。笔者以两种不同规格尺寸的钢筋套筒灌浆连接件为研究对象，对其在不同的温度作用下的力学性能进行数值模拟。
1有限元模型的建立
根据苏州科技大学王国庆[1]的实验模型及其数据，利用ABAQUS建立φ16的钢筋套筒灌浆连接件模型。
由于钢筋套筒灌浆连接构件在沿轴向及其径向方向上具有对称性，因此可沿轴向径向取1/2对称模型进行数值模拟分析，并根据其对称性在套筒右端钢筋横截面上施加轴向位移约束条件：Y方向有线位移，绕X轴和Z轴的转角位移为0。
在热传导分析过程中，钢筋、灌浆料以及套筒均采用四节点线性轴对称传热四边形单元；在高温连接性能分析过程中，灌浆料采用四节点无扭曲轴对称实体单元。
2温度场分析
2.1升温曲线
本章主要研究了20℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃等对D16连接件力学性能的影响。因此，升温模式采用均匀升温，升温速度为10℃/min，为使温度场模拟达到更好的效果，因此在进行数值模拟达到相应温度之后恒温1小时。
2.2材料的热工参数
1、材料的导热系数选取如下：
钢筋、灌浆料导热系数采用Lie T T[2]提出的计算公式。套筒采用的是QT600-3球墨铸铁，其导热系数采用周文君[3]在《套筒灌浆钢筋高温抗拉性能数值模拟》中提供的数据。
2、材料比热的选取如下：
钢筋的比热计算采用李引擎[6]提出的计算公式。灌浆料比热采用欧洲规范EC3[7]提出混凝土比热计算公式。套筒的比热采用周文君[3]在论文中采用的数值。
3、材料的热膨胀系数选取如下：
钢筋、灌浆料热膨胀系数采用Lie T T[2]提出的计算公式。套筒的热膨胀系数采用周文君[3]在论文中采用的常数值。
2.3温度场分析
在温度场分析中可以采用四面受火方式来考虑。在采用均匀升温模式下，在进行数值模拟达到相应温度之恒温1小时后，钢筋套筒灌浆连接件都已经达到了相应设定温度。
3钢筋套筒灌浆连接构件抗火力学性能分析
3.1材料的高温力学参数
（1）在构件的数值模型中，HRB400 钢筋的高温力学性能采用过镇海[4]提供的弹塑性模型。
（2）在数值模型中，灌浆料的高温力学性能采用董毓利提出的高强混凝土弹塑性模型[5]。
（3）在钢筋套筒灌浆连接构件的数值模型中，球墨铸铁套筒的力学参数采用周文君提出的弹性模型[3]
3.2钢筋套筒灌浆连接件的高温力学性能
笔者采用顺序耦合法对构件进行高温力学性能分析，对钢筋左端面采用位移加载方式，用ABAQUS模拟软件导出不同温度下套筒近端截面处的钢筋的伸长量△与轴向应力，反算出力F，。
根据F及伸长量△,以及套筒的横截面积，绘制出套筒的应力-应变曲线，其中，并简化为双折线曲线，然后反算出套筒的等效弹性模量。
随着应力应变的增加，应力-应变曲线开始为一条直线，说明在这个阶段下，应力与应变之间存在正比关系。当拉伸一段时间后，应力-应变之间的的关系不在保持正比关系，应力-应变曲线的斜率逐渐变小，坡度变缓，当应力达到某值后，应力-应变曲线变成水平状态。
构件的应力-应变曲线与钢筋的应力-应变曲线类似，因此采用双折线模型，可效出构件在不同温度下的应力应变曲线的双折线模型。
根据双折线模型可计算出等效弹性模量，其计算公式为，构件在不同温度下的见下表
表 6构件在不同温度下的E* 单位（GPa）
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根据表6不同温度下的等效弹性模量可以看出随着温度的升高，等效弹性模量不断增大，但是不同的构件，等效弹性模量的变化方式也不同。
结论
本文对钢筋套筒灌浆连接构件在高温下的力学性能进行数值模拟研究，并提出以下相关结论。
在不同温度下的钢筋套筒灌浆连接件的等效应力-应变曲线与钢筋的应力-应变曲线类似，都可以简化为双折线模型。随着温度的增加，构件的等效应力也逐渐降低，但是等效弹性模量有所变化，在300℃以下，等效应力-应变曲线和等效弹性模量变化较小。可见钢筋套筒灌浆连接件在300℃以下可以正常使用，虽然随着温度的增加等效弹性模量有所变大，但是应力已经变小，所以当使用时存在一定隐患。
参考文献:
[1]王国庆.钢筋套筒灌浆连接高温性能试验研究[D].苏州:苏州科技大学,2017.
[2]Lie T T, Kodur V K R. Fire resistance of circular steel columns filled with bar-reinforced concrete[J]. Journal of Structural Engineering, 1994, 120: 1489-1509.
[3]周文君,刘永军,王雪.套筒灌浆钢筋高温抗拉性能数值模拟[J].水利与建筑工程学报,2016,14(5):170-176.
[4]过镇海,时旭东.钢筋混凝土的高温性能及其计算[M].北京:清华大学出版社,2003.
[5]胡海涛,董毓利.高温时高强混凝土强度和变形的试验研究[J].土木工程学报,2002, 35(6):44-47.
[6]李引擎,马道贞,徐坚.建筑结构防火设计计算和构造处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1991.
[7]BS EN 1993-1-2。Eurocode3: Design of steel structures: Part 1-2: General rules Structural Fire Design[S].Brussels: European committee for Standardization,2005.
作者简介:温栋玉（1994-），男，山东潍坊人，硕士研究生，主要研究方向：装配式建筑结构。
论文作者:温栋玉
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第12期
论文发表时间:2020/4/3
标签：套筒论文; 钢筋论文; 应力论文; 弹性模量论文; 应变论文; 数值论文; 构件论文; 《建筑实践》2019年第38卷第12期论文;