四周受火异形截面部分包覆钢-混凝土轴压组合柱耐火性能试验研究

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一，因其型钢翼缘外露，故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能，以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱，开展了恒载升温试验，得到火灾下异形截面PEC柱的破坏模式、竖向与侧向变形-时间关系曲线和耐火极限，并分析其温度场分布与变形规律。研究结果表明：随着火灾下截面损伤增加，L形及T形截面PEC柱逐渐由轴压受力状态分别转为双向及单向偏压受力状态，十字形截面PEC柱仍保持轴压受力状态；在上端球铰和下端单向铰边界条件下，L形截面PEC柱发生双向弯曲失稳，T形截面PEC柱发生平面外弯曲失稳，十字形截面PEC柱发生平面内弯曲失稳；在轴压比为0.4、没有防火保护条件下，L形截面PEC柱耐火极限为41 min, T形截面和十字形截面PEC柱耐火极限分别为32.5 min和29 min;当轴压比由0.4增加至0.55时，十字形截面PEC柱耐火极限降低了28.7%。借鉴EN 1994-1-2中建议的四周受火规则截面PEC柱高温承载力简化计算方法，对异形截面PEC柱高温承载力进行计算，计算结果偏保...     

典型受火方式下型钢混凝土异形柱耐火极限研究

应用有限元软件ABAQUS建立型钢混凝土柱数值模型,研究4种典型受火方式下SRC异形柱的耐火性能,探讨各因素对SRC异形柱耐火极限的影响。结果表明:矩形柱耐火性能优于异形柱;对于任意截面的SRC柱,耐火极限均随荷载比的增大而减小,且矩形和L形SRC柱在高荷载比时下降更多;荷载比较小时L形柱的耐火性能优于T形柱,荷载比较大时T形柱的耐火性能优于L形柱;实腹式配钢SRC柱的耐火性能优于空腹式。研究结果可为SRC异形柱的抗火设计提供依据和参考。     

钢管混凝土十字形截面柱耐火性能试验研究

结合钢管混凝土结构和异形柱结构的特点,提出一种由钢管混凝土芯柱和翼柱构成的钢管混凝土十字形截面柱。为研究该钢管混凝土十字形截面柱结构的耐火性能,完成了5个钢管混凝土十字形截面柱足尺试件在ISO 834标准升温曲线下的明火受火试验,研究了轴压比和防火涂层厚度对该钢管混凝土十字形截面柱在高温作用下的破坏形态、轴向变形和耐火极限等性能的影响规律。结果表明,试件轴压比越大,耐火极限越短;防火涂层厚度越厚,耐火极限提高越明显。通过与现行防火规范计算结果的对比发现,该钢管混凝土十字形截面柱具有良好的耐火性能,在防火涂层厚度为10 mm时,试件耐火极限可以达到190 min。在相同耐火极限下,该钢管混凝土十字形截面柱所需防火涂层厚度约为规范建议的纯钢管柱防火涂层厚度的22%。     

不同加强措施下轴压部分包覆钢-混凝土组合柱抗火性能研究

由于型钢翼缘外露,部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱耐火极限很难满足设计需求。为探究PEC柱抗火性能加强方法,得到经济合理的加强措施,通过ABAQUS有限元分析软件建立了轴压作用下PEC柱的温度场及热力学性能有限元分析模型,并用已有试验数据验证模型可靠性,探讨了PEC柱在高温下的温度变化、受力机理和破坏模式。对不同加强措施下轴压PEC柱抗火性能进行了参数分析,研究了荷载比、纵筋配筋率、翼缘面积比、截面尺寸、长细比和防火涂料厚度等参数对PEC柱耐火极限的影响规律。结果表明:PEC柱耐火极限随荷载比、长细比、翼缘面积比的降低而明显提高,随着防火涂料厚度与截面尺寸的增加而明显提高; 在参数分析的基础上,回归得到考虑防火涂料厚度影响的PEC柱耐火极限简化计算公式,研究结果将为PEC构件抗火设计提供科学依据。     

高温下钢筋混凝土异形柱的试验研究

进行了11根钢筋混凝土异形柱和1根钢筋混凝土方形柱在ISO834标准升温过程下的明火试验,分析了轴压比和受火方式对高温下不同截面形状的钢筋混凝土柱的破坏形态、轴向变形,以及耐火极限等的影响。试验结果表明:(1)钢筋混凝土异形柱的耐火性能明显低于方形柱。(2)轴压比对异形柱的耐火极限影响较大。(3)一般而言,十字形柱的耐火性能比T形柱好,T形柱比L形柱好;但当轴压比较大(例如0.55)时,T形柱的耐火性能有可能好于十字形柱。最后,利用三种高温下钢筋混凝土异形柱的数值分析模型对12根试验柱的耐火极限进行了计算,比较了不同模型的模拟效果。     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

钢筋混凝土异形柱高温下力学性能的数值模拟

为研究高温下钢筋混凝土异形柱的力学性能,结合结构截面在力和温度作用下的非线性增量有限元分析方法和钢筋混凝土柱耐火极限简化分析方法,编制了钢筋混凝土异形柱高温反应的全过程分析程序RCSSCF。程序考虑了轴力的二阶效应,程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证。提出混凝土卸载段的映射温度流动途径,以及应变切线模量、温度切线模量和时间切线模量的计算方法。利用该程序对具有相同横截面积的异形柱和方形柱的高温性能进行比较,包括截面温度大于500℃的损伤严重区域占全截面面积的比例和两端固端的异形柱和方形柱在四周受火和不同轴压比下的耐火极限。分析表明:异形柱的耐火性能明显低于方形柱,耐火极限受轴压比影响大;十字形柱的耐火性能比T形柱好,T形柱则又比L形柱好。     

十字形部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能数值分析与承载力计算方法

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合柱（PEC柱）轴向荷载作用下的受力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了足尺十字形PEC柱模型,并利用已有的试验数据验证了其可靠性;在此基础上,进行了典型十字形PEC柱轴压全过程受力分析,揭示了其在轴压作用下的受力机理和破坏模式,并对该构件进行了受力性能参数分析,系统分析了含钢率、截面高宽比、钢材强度、混凝土强度、系杆间距和截面面积等参数对其轴压性能的影响规律。研究结果表明：十字形PEC柱受力性能良好,其破坏模式主要表现为柱中部混凝土被压碎,钢筋骨架向外发生鼓曲,横向系杆间的型钢翼缘发生波纹状的局部屈曲;极限轴压承载力随截面含钢率、钢材强度、混凝土强度和截面面积的提高而增大,但截面高宽比和系杆间距等对其承载能力影响不大。最后,考虑混凝土约束效应分区,提出了十字形PEC柱轴压承载力简化计算方法,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。研究结果将为十字形PEC柱的设计和应用提供参考。     

火灾后十字形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究分析火灾后十字形型钢混凝土柱的力学性能,以是否受火以及轴压比两个变化因素,设计3根受火和1根未受火的型钢混凝土十字形柱并进行低周反复荷载试验。受火试验后,对十字形柱的滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线等力学性能进行分析。试验结果表明:十字形型钢混凝土柱在轴压比不同时表现的破坏形态不同,构件的破坏形态随轴压比的增加发生了由剪弯破坏到弯曲破坏再到剪切破坏的过程;较未受火试件,火灾对十字形型钢混凝土柱的材料力学性能造成损伤,试件耗能能力降低,水平极限承载力明显下降,同时试件的刚度退化也比较严重;在一定范围内提高轴压比,十字形型钢混凝土柱耗能能力增大,其延性系数减小,同时增大轴压比能够有效地提高试件的极限承载力、增大试件的刚度。     

方钢管混凝土柱-钢梁T形件连接节点耐火性能数值分析

为研究方钢管混凝土柱-钢梁T形件连接节点的耐火性能,通过验证已有试验,在模型可靠的基础上,建立了节点在钢梁下翼缘以下区域受火及钢梁上翼缘以上区域受火两种工况下耐火极限有限元计算模型.分析了在两种受火工况下柱端火灾荷载比、梁端火灾荷载比、梁柱线刚度比对节点耐火极限、破坏模态的影响.结果 表明:当节点钢梁下翼缘以下区域受火时,随着升温时间不断增长,下T形件翼缘及腹板温度梯度逐渐消失,由于混凝土的热惰性,穿心螺栓螺杆沿杆轴方向温度梯度较为明显.当节点钢梁下翼缘以下区域受火时,钢梁整体表现为向上翘曲变形,呈现凹字形.当钢梁上翼缘以上区域受火时,钢梁整体表现为向下弯曲变形,呈现凸字形.在两种受火工况下,节点在三种柱端火灾荷载比下的破坏模态差别显著.在相同的受火时间下,节点转角随着梁端火灾荷载比的增大逐渐增大,且节点在钢梁以上区域受火工况下的节点转角明显大于节点在钢梁以下区域受火工况下的转角.     

内置钢管高强混凝土芯柱的十字形异形柱耐火性能试验研究

为提高钢筋混凝土十字形异形柱受力性能,在钢筋混凝土十字形异形柱中设置钢管高强混凝土芯柱,形成内置钢管高强混凝土芯柱的十字形组合异形柱结构。通过对2个足尺十字形组合异形柱试件在ISO 834标准升温过程下的明火耐火试验和1个组合异形柱试件在常温下的轴压性能试验,分析内置芯柱、箍筋间距对组合异形柱在高温下的破坏形态、轴向变形和耐火极限的影响规律。试验研究结果表明:处于试件内部的内置钢管高强混凝土芯柱对十字形异形柱的耐火极限有很大提高,而箍筋间距对组合异形柱的耐火极限影响不大。     

T形截面部分包覆钢-混凝土组合梁抗弯刚度及承载力试验研究

研究T形截面部分包覆钢-混凝土组合梁(简称PEC梁)的抗弯刚度及承载力,对两根T形截面PEC梁进行静力加载试验。试验结果表明:竖向荷载作用下T形截面PEC梁具有良好的延性和变形能力,达到极限荷载时,型钢受拉翼缘和腹部纵向受拉钢筋均进入屈服状态,型钢受压翼缘未发生局部屈曲。腹部混凝土与钢梁间的滑移量较小,可忽略不计。在试验的基础上,推荐准确实用的T形截面PEC梁抗弯刚度及承载力计算公式。     

钢管约束型钢混凝土柱火作用下受力性能分析

为了得到火作用下钢管约束型钢混凝土柱的抗火性能,采用有限元软件ABAQUS建立钢管约束型钢混凝土柱有限元模型、分析ISO-834标准升温条件下构件的温度场分布和耐火极限。研究截面尺寸、荷载比、长细比等因素对构件耐火极限的影响规律。采用试验数据对分析结果进行验证,吻合较好。     

相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火性能

为研究相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱的耐火极限,运用ABAQUS建立了ISO 834标准火灾作用下方钢管约束型钢混凝土柱的有限元模型,包括温度场分析模型和耐火极限分析模型,用已有的相关试验进行验证,并分析了截面温度场和力学性能的变化规律。在此基础上分析荷载比、计算长度、型钢含钢率、截面尺寸、混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响规律。基于上述规律并结合大量计算结果定量给出了相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱的耐火极限简化计算式。结果表明:荷载比和计算长度对构件耐火极限影响较大,随着荷载比和计算长度的增加,构件的耐火极限呈线性降低; 截面尺寸对构件的耐火极限影响较大,随着截面尺寸的增加,构件的耐火极限呈线性增加; 随着型钢含钢率的增加,构件的耐火极限增加并不明显; 耐火极限计算式计算精度良好,可为相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火设计提供参考。     

不同配钢形式的型钢混凝土十字形异形柱抗震性能的比较研究

对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的实腹式型钢混凝土(SSRC)十字形异形柱进行低周反复荷载试验,得到其荷载-位移滞回曲线、位移延性、强度衰减及耗能能力等抗震性能。与空腹式型钢混凝土(LSRC)十字形异形柱的抗震性能进行对比,分析结果表明:实腹式型钢混凝土十字形异形柱滞回曲线饱满,强度衰减幅度较小,耗能能力较高,延性良好。     

新型冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖耐火性能数值模拟研究

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖主要由上部压型钢板-混凝土组合楼板和下部冷弯薄壁型钢拼合梁组成,当楼盖下侧发生火灾时,冷弯薄壁型钢梁和压型钢板会直接受火。为提升组合楼盖的耐火性能,在型钢梁的下翼缘固定防火板材,形成防火保护层,从而提出一种新型冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖。然而,加入防火保护层后,楼盖的温度分布、变形和耐火极限均发生改变,新型楼盖的耐火性能有待研究。建立简化的三维楼盖有限元模型,分析了混凝土板厚、梁高、荷载比和防火保护类型对新型楼盖耐火性能的影响,发现压型钢板板肋方向与钢梁垂直的楼盖钢梁同一高度处的温度沿跨度方向基本一致,仅沿高度方向不均匀;适当增加混凝土板厚对耐火极限提升较小。得到了不同截面尺寸的楼盖在0.2～0.5荷载比下的受火侧翼缘临界温度以及不同防火保护类型楼盖的受火侧翼缘时间-温度曲线,用于估算该类楼盖的耐火极限。     

型钢混凝土约束柱耐火极限实用计算方法

利用ABAQUS有限元软件,建立了热力耦合作用下四面受火型钢混凝土约束柱的数值分析模型,该模型得到了已有试验数据的验证。应用上述模型,详细考察了轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸、含钢率、截面配筋率等参数对型钢混凝土约束柱耐火极限的影响规律。对影响型钢混凝土约束柱耐火极限的各种参数进行详细计算分析,结果表明轴向约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸和混凝土强度是影响耐火极限的主要因素。通过大量计算给出了型钢混凝土约束柱耐火极限的实用抗火计算方法。     

钢筋混凝土T形截面连续梁耐火性能试验研究及有限元分析

通过4根钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下耐火极限的试验研究,分析不同持荷水平下三面受火T形截面连续梁的耐火极限变化规律。结果表明:未受火对比试件和受火试件均发生弯曲破坏,但出铰次序不同;持荷比分别为0.3、0.5和0.7的T形截面连续梁的耐火极限分别为160、99、58 min,即随着持荷比的增大其耐火极限显著降低,且达到耐火极限时的跨中残余变形明显增大;T形截面梁翼缘内温度分布与单面受火板相似,腹板内温度分布与三面受火矩形梁相似;在受火过程中,梁截面刚度下降是引起内力重分布的主要原因;有限元模拟能准确预测钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下的耐火极限、截面温度场分布和破坏过程。     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱研究

方钢管混凝土组合异形柱是一种新型的异形柱结构形式,十字形截面组合异形柱是其主要柱形之一。推导出采用斜缀条连接的十字形截面组合异形柱的等效长细比简化计算公式,研究了采用叠加理论计算十字形截面方钢管混凝土组合异形柱的可行性,并结合通用有限元程序ANSYS进行验证。     

对角线布置十字形型钢混凝土柱正截面承载力计算方法研究

为增加型钢混凝土(SRC)柱在高轴压比下的抗震性能,提出一种对角线布置的十字形SRC柱。由于其承载力计算不能直接采用JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》或YB 9082—2006《钢骨混凝土结构设计规程》中的相关公式,采用强度叠加法和极限平衡法对其正截面受压承载力进行研究。先按强度叠加法分别计算约束混凝土、型钢翼缘和型钢腹板的承载力,再按照叠加理论得到最大轴力和极限弯矩;极限平衡法从材料力学的思路出发并进行推导,通过统计分析大量双向偏压十字形SRC柱的数值模拟结果,进而得到柱正截面受压承载力简化计算式。采用所提算式对3根试验柱和16根有限元模拟对角线布置十字形型钢混凝土柱进行计算,理论结果与柱实际承载力符合良好,验证了所提算式的正确性和适用性。