两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对3榀两层两跨组合钢框架在不同火灾工况下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:单室受火、同跨受火和底层受火三种工况,试验时,梁、板、柱同时受火,节点不受火.试验中量测了各种工况下的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移.结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;而单面受火时则相差较大;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度基本一致;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀,降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合钢框架在降温时因为收缩,导致节点等处出现不同程度的破坏,并产生很大的残余变形;钢框架未受火部分对受火部分约束很大, 导致受火跨边柱与中柱的变形不对称, 同样也产生了内力重分布;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护.     

同跨受火时两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对两榀两层两跨组合钢框架在同跨火灾作用下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火、节点不受火,梁、板受火而柱、节点不受火两种。试验中量测了各种工况的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移。结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度分布基本均匀;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀、降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护;钢框架未受火部分对受火部分约束很大,导致受火跨边柱与中柱的变形不对称,同样也产生了内力重分布。     

足尺钢框架结构中楼板受火试验研究

采用自制火灾试验炉对足尺钢框架结构中楼板的火灾行为进行试验研究。简要介绍了试验炉的设计、温度及变形测量方案,描述了试验现象以及楼板、钢梁和节点的破坏特征,分析了楼板、钢梁的截面温度分布规律和变形规律,并与相关试验结果进行了对比。结果表明：炉内温度基本均匀,停火时平均炉温约为780℃;升温时沿板厚具有较大的升温梯度,降温时存在降温滞后;升温阶段前期受火钢梁截面存在较大的升温梯度,后期截面温度基本一致;受火板格板顶裂缝模式主要取决于其边界条件,非受火板格裂缝特征取决于受火板格的位置及数量;由于受火组合梁产生反拱效应,受火板格中心位移存在一平缓阶段;因相邻结构约束较强,钢梁具有较好的抗火性能;与高强度螺栓连接节点相比,混合连接节点可有效防止钢梁出现局部屈曲。     

钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验。试验中量测了试验炉火升温过程,试件的温度和跨中挠度。通过对试验结果的分析发现:由于混凝土板有明显的阻热作用,组合梁中的混凝土板升温较慢,钢梁升温较快,导致钢梁截面温度分布不均匀;由于高温和外力共同作用下,在梁端发生混凝土抗剪破坏,而栓钉由于受到混凝土的保护,温度较低,栓钉仍能正常发挥抗剪连接作用;跨中挠度达到梁跨的1/30后,变形快速增大,随之在跨中形成一条横向贯穿混凝土楼板的主压溃裂缝,产生塑性铰并形成机构,使简支组合梁产生不适于继续承载的变形,达到破坏。     

不同火灾工况下钢梁-钢管混凝土柱平面框架受火全过程分析

采用多尺度建模方法建立了考虑钢材高温蠕变的三层三跨钢梁-钢管混凝土柱平面框架火灾全过程热-力耦合数值模型,研究不同火灾工况下平面框架经历常温加载、恒载升温、降温和火灾后等不同受火阶段的力学性能。在与已有试验对比验证的基础上,分析了框架经历升温和降温后受火钢梁跨中挠度和受火柱顶轴向变形与升降温时间关系,计算了火灾后框架底层柱底水平荷载P-框架顶层水平位移Δ关系曲线。研究结果表明：钢材的高温蠕变是钢材在热力耦合作用下应变的一部分,计算过程中需要考虑其影响;钢梁在升温过程中由于高温膨胀对框架柱产生外推作用,而进入降温阶段后钢梁产生明显的收缩变形;框架底层三跨同时受火时钢梁跨中挠曲变形最大,受火初期柱顶轴向压缩变形小于膨胀变形;受火后框架水平承载力和初始刚度均随受火区域的增大呈下降趋势。     

拉索防火涂层对预应力组合梁抗火性能的影响

采用有限元软件ABAQUS建立了用于模拟预应力组合梁在火灾下全过程受力行为的模型,研究拉索防火涂层对预应力连续组合梁抗火性能的影响.考察组合梁跨中挠度、拉索应力及塑性应变随温度的变化,分析了预应力组合梁在高温下的温度变化和破坏模式.结果表明:钢梁下翼缘与腹板升温较快,二者温差很小,而腹板与上翼缘的温差较大;混凝土截面各测点处升温速率由下至上依次降低,上表面与下表面的最高温度差可达约700℃;当拉索有5 mm厚防火涂层时,在升温前期其温度随时间延长而上升的幅度比无防火层时温度上升的幅度要小,同一升温时间下,二者温度差值最大可达175℃;而当升温时间达到13 min时,二者温差开始减小,直至升温时间为60 min时,其温度曲线基本重合;预应力连续组合梁在高温下的破坏形态主要以跨中挠度变形过大为主,中间支座处腹板与下翼缘发生对称弯曲变形;防火涂层延缓了拉索的温度上升,在同一荷载和温度下拉索能够承担的应力更大,对组合梁的抗弯贡献也更大.     

铰接叠合板组合梁抗火性能试验研究

为研究铰接叠合板组合梁的抗火性能,对2个铰接足尺叠合板组合梁进行了恒载升温试验研究和数值模拟。通过试验得到了叠合板组合梁的温度分布、位移变化和破坏模式。研究结果表明：叠合板的温度分布沿板厚方向逐渐降低,距受火面40mm以下区域受火影响最为明显。叠合板与钢梁之间存在温度梯度,叠合板对钢梁上翼缘变形有约束;叠合板板顶裂缝主要沿中轴线方向开展,从两端向中间延伸,叠合板中预制底板与后浇层的叠合界面没有开裂,二者在火灾下仍能协同工作;冷却后两试件的变形恢复比例相近,表明叠合板后浇层厚度对变形恢复能力的影响小;叠合板后浇层厚度对叠合板组合梁的抗火性能影响较小。有限元模拟结果与试验结果吻合较好,利用建立的有限元模型可以对叠合板组合梁的抗火性能进行后续参数分析等研究。     

高性能混凝土框架火灾反应与抗火性能研究

本文从平面框架入手,通过对三榀相同尺寸和相同持荷情况下的单层单跨矿渣高性能混凝土框架结构的火灾试验,研究了高性能混凝土框架结构的火灾反应和抗火性能特点。通过对火灾中框架温度场、位移反应等的分析以及火灾后框架表面裂缝、颜色和残余变形等的对比,分析了不同混凝土强度等级、有无外掺聚丙稀纤维对矿渣高性能混凝土框架结构火灾反应和抗火性能的影响。研究表明,在800℃左右火灾作用下,矿渣高性能混凝土框架结构具有良好的抗火性能,高性能混凝土的强度等级提高对结构火灾破坏前承受变形的能力是有益的;由火灾引起的构件轴向变形和内力重分布导致在梁柱节点存在较大的内力;框架作为超静定结构,梁柱在火灾中的刚度退化情形不一致,对整体结构的抗火性能明显不利;而聚丙稀纤维的掺加增加了火灾中混凝土温度裂缝的产生,但提高了降温时结构的变形恢复能力。     

高温后型钢混凝土框架结构抗震性能及其有限元分析

考虑受火时间、柱轴压比的影响,进行了考虑火灾升降温作用影响的高温后型钢混凝土框架结构抗震性能试验,升降温过程中和高温后阶段均保持柱顶竖向荷载的恒定。通过试验对高温后型钢混凝土框架结构在反复荷载作用下的破坏形态及滞回性能进行了研究。在此基础上,考虑升温阶段、降温阶段以及火灾后三阶段材料本构关系的转化以及型钢与混凝土之间、钢筋与混凝土之间界面的黏结滑移特性,建立了型钢混凝土框架结构温度场以及火灾后抗震性能的有限元分析模型,所得温度场以及试件的破坏形态、滞回曲线的分析结果与试验结果基本吻合,验证了所提出模型的合理性。     

轴向约束PEC柱-组合梁节点抗火性能研究

建立轴向约束PEC柱-组合梁节点(绕强轴)有限元模型,分布其火灾下的温度场分布及力学性能,研究柱上火灾荷载比、梁上火灾荷载比、轴向约束刚度、梁柱线刚度比对节点抗火性能的影响。结果表明,下部受火条件下,节点区温度由上到下、由外到内呈递减趋势,梁截面温度从混凝土板顶到钢梁下翼缘呈减小趋势;破坏时节点整体变形呈"飞机型",梁端下翼缘出现局部屈曲;随梁上火灾荷载比、梁柱线刚度比的增加,节点转角陡增对应时间缩短;柱上火灾荷载比、轴向约束刚度对节点转角的影响不显著。     

火灾下钢筋混凝土结构热弹塑性变形分析

为了研究钢筋混凝土结构在火灾作用下的力学性能,利用弹塑性理论,根据材料不同的屈服法则,分别给出了钢筋和混凝土材料考虑温度变形和徐变变形热弹塑性问题的增量本构方程。考虑钢筋和混凝土力学性能随温度的变化,编制程序对钢筋混凝土简支板进行了非线性分析,并利用相关文献的试验结果,对本构方程的正确性和适用性进行了验证。对火灾作用下1榀单层单跨钢筋混凝土框架进行了非线性分析,并给出了部分节点位移随受火时间的变化规律。结果表明,钢筋混凝土结构在高温下会产生很大变形,钢筋混凝土框架梁柱节点位移随受火时间变化的曲线并不是呈单调变化趋势,有拐点存在,梁柱节点竖向位移值小于梁跨中节点值。     

楼板对钢筋混凝土柱-钢梁空间组合体抗震性能影响研究

楼板在地震作用下对钢筋混凝土柱-钢梁组合体抗震性能的影响是建立地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评价组合结构体系抗震性能的关键问题之一。为此,完成了3个钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合体试件在考虑不同楼板宽度情况下的抗震性能试验,分析整个受力过程中楼板受力性态对组合构件受力特征、破坏模式等抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生梁铰破坏,并表现出较好的延性和耗能能力,最终因节点区钢梁屈曲、扁钢箍开裂和柱端混凝土压碎而丧失承载力。分析表明,楼板裂缝以横向裂缝为主,随着楼板宽度增加,次生斜裂缝增多,板底混凝土压碎区域增大;混凝土楼板与钢梁组合体对节点核心区的约束作用较明显地改善了空间组合体受力性能。对楼板混凝土和板内纵筋在受力过程中的应变进行分析,结果表明,随着楼板宽度的增加,楼板对RCS空间组合体刚度、承载力的贡献值有限。对现浇板受拉有效翼缘宽度进行分析,结果表明考虑钢-混凝土组合梁翼缘有效宽度对梁端受弯承载力、惯性矩影响较大。     

钢筋混凝土框架边节点现浇板受拉有效翼缘宽度研究

现浇板参与受力会影响甚至改变钢筋混凝土框架节点的破坏模式,其对结构抗震性能的影响可通过计算有效翼缘宽度来反映。通过3个钢筋混凝土梁-柱-板边节点试件的低周反复荷载试验,对带现浇板的边节点破坏形态、滞回曲线以及现浇板纵向钢筋应变等进行了分析。研究结果表明：由于现浇板参与受力,增大了框架梁端弯矩,使得钢筋混凝土梁-柱-板边节点的下柱顶部发生破坏,未能实现“强柱弱梁”预期破坏机制;现浇板纵筋应变随层间侧移角增加而增大,在相同层间位移角下,板筋应变值随距梁侧距离的增大而减小。为进一步对钢筋混凝土梁-柱-板边节点的受力机理进行研究,以力学模型为基础建立了现浇板受拉有效翼缘宽度计算方法,根据建议公式对8组钢筋混凝土梁-柱-板边节点现浇板的有效翼缘宽度进行分析,计算结果与试验结果吻合较好,建议的计算方法有效解决了设计规范中经验公式计算结果离散性大的问题。     

钢梁混凝土柱节点中梁贯穿与柱贯穿节点受力性能对比

通过钢梁与混凝土柱节点中梁贯穿节点与柱贯穿节点两组节点共6个试件低周反复荷载试验对比,分析了不同节点连接方式下节点开裂、极限荷载、位移、刚度、耗能能力等性能。结果表明,梁贯穿节点破坏主要发生在钢梁根部翼缘及腹板,而柱贯穿节点的破坏主要发生在钢梁与锚板间的焊缝处,由于核芯区有腹板和翼缘穿过,梁贯穿节点在受力性能方面优于柱贯穿节点。梁贯穿节点的抗震能力略大于普通混凝土节点,柱贯穿节点与普通混凝土节点抗震能力对比有待于进一步研究。     

型钢混凝土梁正截面承载力优化分析

通过对15个型钢混凝土梁构件(只改变内置型钢上翼缘宽度)的梁中单调加载试验进行有限元模拟,从有限元的计算结果以及理论分析得出,型钢混凝土梁构件内置型钢的上翼缘的宽度与下翼缘之比为0.7～0.8时,对核心区混凝土有高效约束,同时核心区的混凝土对内置型钢翼缘有有效的支撑,并且内置型钢、钢筋和混凝土都能充分发挥其力学性能,即达到最佳经济模式。     

火灾后钢筋混凝土受弯构件抗弯承载力

研究火灾后钢筋混凝土受弯构件的抗弯承载力统一算法,分析火灾后钢筋混凝土矩形截面梁、单向板和T形截面梁的抗弯承载力。构件受火位置包括受拉区和受压区,截面配筋方式包括单筋截面和双筋截面。考虑以上因素,给出火灾后钢筋混凝土受弯构件抗弯承载力完整的计算公式,结合数值分析和试验结果验证公式的有效性。研究结果表明,提出的计算方法可以较准确地计算火灾后钢筋混凝土受弯构件的抗弯承载力。     

三主桁连续板桁组合桥空间计算方法研究

针对三主桁连续板桁组合桥的构造特点,通过构造结合梁单元的位移模式,利用势能原理推导结合梁单元的刚度矩阵,提出2种结合梁法,结合梁法一的特点是把桥面板作为主桁架弦杆的上翼缘并与主桁架弦杆形成钢-混结合梁,结合梁法二的特点是把桥面板作为纵、横梁的上翼缘并与纵、横梁形成钢-混结合梁;而常规的板梁组合法的特点是桥面板为连续各向...