火灾下钢筋混凝土墙计算模型及影响因素分析

采用有限元软件ABAQUS对火灾下钢筋混凝土墙的变形全过程进行了计算,计算结果与以往实验结果吻合较好.在此基础上,系统分析了轴压比、侧向荷载比、高厚比、墙厚度、混凝土抗压强度、钢筋屈服强度、配筋率和混凝土保护层厚度对钢筋混凝土墙变形和耐火极限的影响规律.研究结果表明,受火过程中,钢筋混凝土墙在无侧向荷载且轴压比或墙厚度...     

碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火极限分析

编制了碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的温度场计算程序和耐火极限分析程序,通过数值分析结果与试验结果的对比,初步验证了程序的有效性。利用上述程序,针对高温下加固梁的受弯破坏形态,就不同构件跨高比、防火涂料厚度、受拉纵筋配筋率、碳纤维布加固量、混凝土保护层厚度、荷载比等共计1728种工况进行了大量计算分析,同时考察了各参数对加固梁耐火极限的影响规律。在此基础上,建立了加固梁的耐火极限简化预测方法。研究结果表明,加固梁的耐火极限随防火涂料厚度、混凝土保护层厚度和受拉纵筋配筋率的增加而逐渐增大,同时随荷载比、碳纤维布加固量和跨高比的增加而逐渐减小,其中荷载比的影响最为显著。     

城市隧道混凝土墙火灾行为数值模拟研究

为探究火灾作用下城市隧道混凝土墙的火灾行为规律,用有限元软件ABAQUS 建立三维混凝土墙数值模型,对其结构温度场分布进行数值模拟,分析得到墙体厚度、保护层厚度、火灾荷载比等因素对墙体变形的影响规律。结果表明：在火灾高温作用下,城市隧道混凝土墙受火面温度迅速升高,且由于混凝土的热惰性,内部会形成较大的温度梯度;混凝土墙体单面受火时的挠度变化规律可分为三个阶段,且火灾高温作用引起材料性能急剧劣化造成的截面中和轴偏移是影响墙体挠度变化的主要原因;混凝土墙体厚度、保护层厚度及火灾荷载比等因素对混凝土墙的火灾行为及其耐火性能均有一定影响,同时墙体挠度随火灾持续时间的增加而增大。     

偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能有限元分析

为了研究偏压矩形钢管再生混凝土柱的抗火性能,建立了火灾下柱温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了模型的有效性。研究了长细比、荷载比、截面周长以及偏心率对偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的影响。结果表明:有限元模拟的温度场和力学场与实验结果总体符合。长细比、荷载比和截面周长是影响偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的主要因素。长细比越大耐火极限越小而膨胀变形越大,荷载比越大耐火极限越小且膨胀变形越小,截面周长越大耐火极限越大且膨胀变形越大。偏心率对耐火极限和膨胀变形影响较小。     

非均匀受火下约束型钢混凝土柱力学性能研究

为了解不同受火条件下型钢混凝土柱截面温度场,同时考察受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,进行了14个包括四面、三面、相对两面、相邻两面、单面受火条件下轴向约束型钢混凝土柱的抗火性能试验。试验结果表明：受火面数量、受火方位对 型钢混凝土柱截面温度分布有显著影响,升温时间相同时,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火试件截面相同位置处所经历的最高温度依此降低;距试件表面距离相同时,型钢翼缘外侧受火面温度比型钢腹板外侧受火面温度略高。受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比对升降温全过程下型钢混凝土柱轴向变形和轴力发展有显著影响,试件受热膨胀变形和降温压缩变形随受火面数的增多而增大;轴向膨胀变形随火灾荷载比的增大而减小,随荷载偏心率的增大而增大;荷载比越大,试件由轴向拉伸状态转为轴向压缩状态的时间越短,压缩程度越高。定义试验实测轴力与初始施加轴力的比值为轴力变化系数,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火时,试件升降温后期的轴力变化系数依此递减,轴力变化系数峰值随荷载偏心率和轴向约束刚度比的增大而增大,随火灾荷载比的增大而减小。     

重组竹钢夹板螺栓连接抗火性能试验研究

为研究重组竹钢夹板螺栓连接节点耐火极限及失效机理,依据ISO 834标准火灾试验方法设计并制作了3组24个螺栓连接试件,以螺栓数量、端距、行距、厚径比(竹板厚度与螺栓直径之比),持荷比(施加荷载与极限荷载之比)以及防火保护为试验参数,对其进行抗火性能试验研究。结果表明：当试件的厚径比为5.0~5.7时,单螺栓和多螺栓连接的破坏形态表现为螺栓孔压溃、竹材撕裂但螺栓未弯曲,当试件的厚径比为8.0~10.0时,破坏形态表现为螺栓孔压溃、竹材撕裂且螺栓弯曲,但厚径比对单螺栓连接耐火极限的影响并不显著;随着螺栓数量、端距和行距的增加,螺栓连接的耐火极限逐渐提高;增加持荷比使得螺栓连接耐火极限降低,防火保护对螺栓连接的抗火性能提升显著。通过对不同形式螺栓连接内部温度分析,揭示了火灾下重组竹材炭化性能及螺栓连接中孔受力对温度场的影响规律。     

钢筋混凝土连续梁火灾下抗剪性能的试验研究

对8根足尺钢筋混凝土两跨连续梁和4根足尺钢筋混凝土简支梁进行了标准火灾试验,研究了钢筋混凝土连续梁高温下的抗剪性能,并与简支梁进行了对比,得到了连续梁混凝土及钢筋的温度变化、竖向挠度、轴向变形及最终破坏形态,分析了不同荷载比、剪跨比、混凝土保护层厚度、配箍率及受火工况对连续梁耐火极限的影响。结果表明:火灾下荷载比和混凝土保护层厚度对钢筋混凝土连续梁的抗剪性能影响显著。随着剪跨比和箍筋间距的减小,连续梁发生受剪破坏的耐火极限显著提高。与单跨受火工况相比,两跨同时受火的连续梁耐火极限降低。高温下连续梁由于发生了内力重分布,其抗剪性能优于简支梁。     

足尺震损钢筋混凝土柱耐火性能试验研究

地震次生火灾具有发生概率高、灾害破坏力强、损失巨大和机理复杂等特点,为分析震后火灾环境下钢筋混凝土柱构件的抗火性能,以钢筋混凝土柱的裂缝、混凝土剥落和残余变形作为地震损伤形式,设计了7根带有预制损伤的足尺钢筋混凝土方形截面柱,进行明火试验,研究不同几何损伤形式及损伤程度对混凝土柱的火灾破坏特征、截面温度场分布、竖向变形过程及耐火极限等性能影响规律。试验结果表明,预制损伤混凝土柱构件的火灾破坏程度明显大于无损伤混凝土柱,其中混凝土剥落对震损柱内部温度场及耐火性能的影响最大。根据足尺混凝土柱的耐火试验结果,采用ABAQUS有限元软件分析震损混凝土柱的温度场分布与耐火极限,结果表明：当试件端部产生保护层剥落时,剥落区轴向等温线向柱中心凹陷,整体呈“瓶颈”状;轴压比与剥落厚度对震损混凝土柱耐火极限有较大影响;残余变形小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的弹塑性层间位移角1/50时,残余变形对震损混凝土柱的耐火极限影响有限。通过拟合得到了混凝土柱的轴压比、残余层间位移角、剥落厚度与其耐火极限之间的量化关系式,关系式计算结果与试验结果吻合较好。     

异形钢管混凝土柱的耐火性能研究

建立圆形、正方形、圆端形、六边形钢管混凝土柱在火灾下的有限元模型,利用现有试验结果验证有限元模型.基于该模型,研究保护层种类、保护层厚度、截面形状和截面周长等参数对钢管混凝土柱耐火极限的影响.分析表明,试件耐火极限随着保护层厚度和截面周长的增加而增大.厚涂型涂料的防火效果优于砂浆的防火效果.在长细比和截面周长相同的情况下,圆端形钢管混凝土柱的耐火极限高于圆形钢管混凝土柱;六边形钢管混凝土柱的耐火极限优于方钢管混凝土柱;绕强轴破坏的耐火极限略低于绕弱轴破坏的情况.基于周长等效原则,可将圆端形(或六边形)钢管混凝土柱视为圆形(或正方形)钢管混凝土柱进行抗火设计.     

高温下预制装配式型钢混凝土梁抗火性能研究

为了解高温下预制装配式型钢混凝土(prefabricated steel reinforced concrete,简称PSRC)梁的耐火性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立了外荷载和火灾高温共同作用下PSRC梁有限元分析模型,并验证了模型的合理性,对比分析了PSRC梁与整浇梁耐火性能的差异,讨论分析了现浇部分混凝土强度、型钢屈服强度以及内部型钢截面尺寸对PSRC梁耐火极限的影响。研究表明:整浇梁的抗火性能比PSRC梁的抗火性能略好;型钢截面尺寸对叠合梁的影响显著,随着型钢截面尺寸的增大,叠合梁的耐火极限增加,耐火性能也就越好;在预制部分混凝土强度不变的前提下,同一荷载比下提高现浇部分混凝土强度,耐火极限略有降低;在相同荷载比下,增大内部型钢屈服强度,叠合梁的耐火极限略有提高,但影响不显著。     

轴向约束型钢混凝土柱耐火性能试验研究

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能,以荷载比、偏心率和含钢率为参数,开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式,研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时,施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱,高温下柱首先缓慢膨胀,然后逐渐压缩破坏;由于轴向约束分担了柱的竖向荷载,压缩变形随时间变化较为缓和,轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱,高温下其膨胀变形大于轴心受压柱,且膨胀变形先增加再减小;轴向约束增加了柱的竖向荷载,缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时,偏心率越大,柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加,会在一定程度上延长柱的耐火极限。     

预应力活性粉末混凝土梁抗火性能试验研究

活性粉末混凝土(RPC)是超高性能建筑材料,与高强预应力筋结合形成的预应力RPC梁具有显著的承载、变形和耐久性能优势,但预应力RPC梁的火灾安全性能是制约其广泛应用的关键问题之一。鉴于预应力RPC梁的火灾安全性亟待研究,以荷载水平、预应力筋保护层厚度、预应力筋类型、预应力度等为试验参数,设计制作了8个预应力RPC简支梁,开展了恒定荷载ISO 834标准升温条件下受火试验。获得了梁内温度变化、挠度 受火时间曲线、有效预应力、裂缝开展、爆裂分布及深度等试验数据,研究了火灾高温损伤演化规律和破坏模式。结果表明：干热养护可有效抑制RPC高温爆裂,受火试件保持了良好的完整性;荷载水平和预应力筋保护层厚度是影响预应力RPC梁抗火性能的关键因素,随荷载水平的减小和预应力筋保护层厚度的增大,耐火极限显著提高;荷载水平为0.5、预应力筋保护层厚度不小于45mm可满足2.0h的耐火极限要求;同等条件下有黏结预应力RPC梁的抗火性能优于无黏结预应力RPC梁;常温下按适筋梁设计的预应力RPC梁火灾下易发生少筋破坏。     

Fire performance of axially restrained steel reinforcedconcrete columns

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能，以荷载比、偏心率和含钢率为参数，开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式，研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时，施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱，高温下柱首先缓慢膨胀，然后逐渐压缩破坏；由于轴向约束分担了柱的竖向荷载，压缩变形随时间变化较为缓和，轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱，高温下其膨胀变形大于轴心受压柱，且膨胀变形先增加再减小；轴向约束增加了柱的竖向荷载，缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著，荷载比越大，耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时，偏心率越大，柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加，会在一定程度上延长柱的耐火极限。     

薄壁型钢-混凝土梁柱节点抗火性能数值分析

使用ANSYS分析软件建立了薄壁型钢-混凝土梁柱组合节点在ISO-834火灾升温曲线下的有限元理论分析模型,对薄壁型钢-混凝土梁柱节点弯矩-时间曲线和节点耐火时间进行参数化分析。研究结果表明,荷载水平的大小对组合节点的耐火极限具有很大影响;然而当荷载水平保持不变时,防火保护层厚度则是另一个对梁柱组合节点的耐火极限有显著影响的重要因素,而其它参数如材料特性、构件几何尺寸等对梁柱组合节点耐火极限影响很小。     

保护层厚度、板厚及受荷水平对钢筋混凝土板耐火极限的影响

通过对钢筋混凝土板温度场进行数值模拟,研究了钢筋混凝土板的耐火极限与混凝土保护层厚度、板厚及受荷水平之间的关系.结果表明:耐火极限随混凝土保护层厚度的增大有显著的提高,而钢筋混凝土板厚对楼板的耐火极限基本没有影响;钢筋混凝土板承受的荷载水平越高,其耐火极限越低.     

三面受火高强混凝土柱耐火极限研究

编制了三面受火高强混凝土柱高温全过程分析程序,程序的有效性得到试验数据的验证.利用该计算程序,分析了截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率等参数对ISO 834标准升温过程作用下三面受火高强混凝土柱耐火极限的影响规律.针对三面受火高强混凝土柱的不同截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率共4800种工况进行了高温反应分析.在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法.结果表明:严格控制轴压比和偏心率是提高三面受火高强混凝土柱耐火极限的有效措施.     

型钢混凝土约束柱耐火性能研究

基于ABAQUS有限元软件,选取合理的材料本构模型,建立温度和荷载耦合作用下型钢混凝土约束柱有限元模型,有限元模型的计算值与已有试验结果吻合较好。利用上述模型考虑荷载比和荷载偏心率的影响,对不同轴向约束和转动约束作用下的型钢混凝土约束柱的耐火性能进行系统的参数分析。结果表明:轴向约束相当于竖向约束弹簧,在一定程度上分担柱顶竖向荷载,有利于提高柱的耐火极限;转动约束相当于转动约束弹簧,在一定程度上减小弯矩沿柱长的分布值,同时也阻止柱半高处的侧向变形;轴向约束作用或轴向约束和转动约束共同作用下,荷载比相同且小于或等于0.6时,柱的耐火极限随偏心率的增大而增大,偏心率相同时,柱的耐火极限随荷载比的增大而减小。     

碳纤维布加固钢筋混凝土板的耐火极限分析

编制了碳纤维布加固钢筋混凝土板的高温全过程分析程序,程序的有效性得到了试验结果的初步验证。针对不同构件尺寸、防火涂料厚度、受拉纵筋配筋率、碳纤维布加固量、混凝土保护层厚度、荷载比等共计6400种工况,进行了碳纤维布加固钢筋混凝土板的高温反应分析,考察了各主要参数对该类加固构件耐火极限的影响规律。在此基础上,建立了该类加固构件耐火极限的实用计算方法。研究结果表明：高温下碳纤维布加固钢筋混凝土板的耐火极限随板的厚度、防火涂料厚度和混凝土保护层厚度的增加逐渐增大,而随碳纤维布加固量和荷载比的增加逐渐减小;其中荷载比的影响最为显著,受拉纵筋配筋率对该类加固构件的耐火极限影响较小。     

单肋型装配式钢牛腿抗火性能试验研究

考虑肋板厚度、偏心距、承载、保护套类型等参数,进行了6个不同形式的单肋型装配式钢牛腿的抗火性能试验.测试了升温过程中节点的变形、温度场分布和耐火极限,观察了试件的破坏形式.试验结果表明:对于无保护外套的单肋型装配式钢牛腿,肋板厚度、偏心距和承载是影响其抗火性能的主要因素,耐火极限随肋板厚度增大而增加,随荷载和偏心距增大而减小.其高温下的主要薄弱部位是上排螺栓和肋板.对于有保护套的单肋型装配式钢牛腿,保护套对牛腿抗火性能起到显著的影响,但不同材质保护套的破坏形态各不相同.素混凝土保护套高温下龟裂剥落,耐火浇筑料烧制的保护套高温下承压开裂,陶瓷纤维混凝土保护套性能优异.     

方钢管混凝土柱耐火极限的理论研究

本文提出计算方钢管混凝土耐火极限的理论模型，理论计算结果和试验结果吻合得令人满意。在此基础上，分析了荷载，组成钢管混凝土的材料强度，构件截面含钢率、截面尺寸、长细比，荷载偏心率以及保护层厚度等参数对构件耐火极限的影响。