火灾下箱形钢柱组合门式框架性能分析

利用ANSYS有限元对梁柱三面受火无侧移单层单跨箱形钢柱组合框架受火后的性能进行数值模拟分析,得出了组合梁和钢柱温度场变化规律及框架受火后的变形和内力情况。分析表明:梁、柱沿截面高度、宽度方向均存在变化的温度场,温度梯度随受火时间的增加先逐渐增大后逐渐减小,且升温速度越快其最大值出现越早;三面受火的单层单跨箱形钢柱组合框架典型破坏模式为钢柱平面内对称屈曲破坏,破坏位置位于节点下部1.0~1.2倍钢梁高处;约束轴力是影响组合梁弯矩变化的关键因素。     

足尺钢框架结构真实火灾下耐火性能试验研究

为分析真实火灾下整体钢框架结构的耐火性能，设计了一个平面尺寸为6 m×6 m、单层层高为3 m的两跨两层钢框架足尺结构，并进行三种火灾工况下的真实火灾试验，研究了住宅火灾、仓库火灾及无防护火灾条件下的试验现象、实际温度场和力学响应。结果表明：真实火灾下钢框架的升温曲线与标准升温曲线有较大差别；受火房间的空气温度沿竖直方向呈现不均匀分布，沿水平方向温度趋于相同；防火保护使构件表面温度滞后于火场温度，且表面温度峰值和峰值后的下降速率均小于无防火保护构件的；火荷载密度增大及防火保护的缺失都将增加钢梁轴向的温度差，但不影响沿钢梁和钢柱截面方向以及钢柱轴向的温度梯度变化规律；钢梁和混凝土板相较钢柱具有更高的温度；钢框架结构设计应充分考虑防火保护，且可适当考虑墙体对建筑抗火性能的有利作用。     

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。     

钢框架边跨梁抗火性能试验研究和理论分析

对3层钢框架结构边跨梁在火灾作用下的性能进行足尺试验研究,试验中测量了炉温、钢梁和混凝土板沿截面高度的温度场分布以及钢梁和混凝土板的竖向位移。结果表明：钢梁下翼缘、腹板和烟气的温度基本一致;混凝土板内的温度滞后于钢梁温度,且在钢梁降温阶段,混凝土板温度持续升高,因此混凝土板限制了钢梁升温阶段的膨胀和降温阶段的收缩;钢梁在122 min的升温过程中变形较小,且在升温阶段变形就开始恢复,最终出现向上的竖向位移,这是框架结构中钢梁火灾行为区别于单个构件火灾行为的特点之一,表明框架结构中与混凝土楼板形成整体的边跨梁具有较强的抗火性能;最后钢梁上下翼缘焊缝被拉裂破坏,因此在工程应用中应尽量避免工地现场施焊的全焊接节点。利用非线性有限元软件对试验梁进行了火灾反应分析,得出了试验梁的温度场分布和位移反应的变化规律。有限元分析结果和试验结果基本一致,验证了有限元分析模型的正确性和可行性。     

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。     

火灾下非均匀受火钢柱截面温度分布规律及其对钢柱抗火性能影响的研究现状

本文介绍了火灾下非均匀受火钢柱截面温度分布规律及其对钢柱抗火性能的研究进展和已有研究成果,包括钢柱截面非均匀温度分布产生的原因及截面温度非均匀分布对钢柱抗火性能的影响。钢柱截面不均匀温度产生的原因有:钢柱受到建筑填充墙保护,非4面受火;钢柱仅部分截面采用防火保护;受洞口非均匀火灾影响的建筑外框架柱;钢柱防火保护层不均匀或局部破损等。截面温度不均匀对钢柱抗火性能的影响包括:截面产生附加应力,使钢柱临界温度降低;钢柱截面不对称,发生弯扭破坏;钢柱产生热弯曲,以及破坏时可能出现的反向弯曲等。并对需要进一步研究的问题给出了建议。     

局部火灾下多层钢-混凝土组合平面框架抗火性能分析

采用考虑高温蠕变的钢材热-力耦合本构关系及考虑高温徐变和瞬态热应变的混凝土热-力耦合本构关系模型,利用ABAQUS有限元分析软件建立火灾下钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁等构件以及节点和单层单跨框架结构的温度场和结构抗火分析的有限元分析模型,计算结果得到已有试验结果的验证。在此基础上设计一榀3层3跨钢-混凝土组合平面框架模型,建立局部火灾下该平面框架的温度场与结构抗火性能分析模型,研究局部火灾下钢-混凝土组合平面框架的抗火性能并分析其失效模式,对该平面框架的耐火极限、梁柱变形规律及柱底截面内力变化规律进行分析,并对是否考虑钢梁与混凝土板相互作用对框架梁抗火性能的影响进行研究,对梁先失效模式下框架梁与简支梁、固支梁的抗火性能进行对比分析,对柱先失效模式下钢管混凝土框架柱与两端固支钢管混凝土单柱的抗火性能进行对比分析。结果表明:梁先失效模式下考虑钢梁与混凝土板的相互作用可以充分发挥钢-混凝土组合梁的抗火性能,框架梁的抗火性能要优于简支梁且接近并略低于固支梁,柱先失效模式下两面受火时单个钢管混凝土边柱的抗火性能为框架边柱抗火性能的上限,两面受火与四面受火时单个钢管混凝土中柱的抗火性能与相应框架中柱的抗火性能较接近。     

单层钢框架火灾行为的试验研究

对单层足尺钢框架进行恒载下受火的试验研究,通过试验得出了单层钢框架在受火过程中梁、板及柱的温度场分布规律和变形情况,分析了钢框架在恒载和火荷载共同作用下的破坏特征、耐火极限以及影响它们的各种因素.试验结果表明:钢框架在火灾行为下的破坏特征与单个构件在火灾行为下的破坏特征有所不同.     

火灾下两相邻面受火H形钢柱的截面温度分布规律研究

当火灾中钢框架柱不均匀受火时,会在截面和高度方向产生温度梯度。现行规范给出了火灾中钢构件升温的计算公式,但这些公式均是基于温度沿构件高度和截面均匀分布的假设。采用有限元方法研究了火灾中两相邻面受火钢柱的截面温度场,火灾场景采用ISO834标准升温曲线,钢柱采用非膨胀型防火涂料保护。对于所研究的两相邻面受火钢柱,沿截面宽度和高度方向均存在温度梯度。基于参数分析结果,对欧洲规范EN 1993-1-2中钢构件升温计算公式进行了修正,来计算两相邻面受火钢柱截面各部分的升温曲线。     

A fire test on continuous reinforced concrete slabs in a full-scale multi-story steel-framed building

To further understand the fire behavior of concrete floor slabs, this paper examines the results of a fire test on continuous concrete floor slabs in a full-scale three-story steel-framed building. The case under experimental study models the reality of fire conditions more closely than previous tests and involves the construction of a special furnace on the building's second floor to heat four panels (two by two) and steel beams on the third floor. The experimental results are investigated in detail and consider the furnace temperature, temperature distribution, vertical and horizontal deflections, and failure patterns of the structural elements during the heating and cooling phases. The testing data indicate that the number and locations of the heated panels in the floor also have a considerable effect on the continuous concrete floor's fire behavior, apart from the boundary constraint conditions provided by the adjacent structural members. In addition, the steel beams exhibit better fire-resistant performance than that observed in standard fire tests depending on their structural integrity and the interaction between structural members. In contrast to its high-strength bolt connections, the building's welded-bolted connections do not cause local buckling of the steel beams subjected to fire.     

北京移动通信综合楼型钢混凝土结构设计与施工

北京移动通信综合楼机房楼楼面荷载大,建筑及设备对结构梁柱断面、刚度、耐火及抗震性能均有很高要求,型钢混凝土框架-剪力墙结构可以很好地满足各项指标要求。办公楼存在大量错层较多的长柱,底部四层楼板削弱严重,且存在斜柱的转换问题,采用型钢混凝土结构可以增加结构安全储备和延性,提高结构抗震性能;采用组合梁则有助于减轻自重,节约用钢量。还介绍了型钢混凝土结构一些设计及施工要点。     

钢管混凝土平面框架温度场有限元分析

火灾下的温度场计算是进行结构抗火设计或研究的重要步骤。采用有限元软件ABAQUS建模,对带楼板单层单跨钢管混凝土平面框架在ISO-834标准火灾作用下的温度场分布进行计算,并采用有关试验数据对计算结果进行验证。     

H型截面钢柱抗火性能的试验研究

对2根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。采用足尺试验形式,柱长3 300mm,钢柱在试验过程中限制轴向变形。通过试验,得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向约束力情况。试验表明,限制轴向变形对钢柱火灾行为产生明显的影响,二次受火钢柱极限温度明显降低。为今后钢结构火灾行为研究提供依据。     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

预应力混凝土结构抗火研究进展

总结了近年来预应力混凝土结构抗火研究进展,包括预应力筋高温力学性能、预应力混凝土梁板抗火试验、足尺预应力混凝土梁板抗火性能、活性粉末混凝土高温力学性能、高温下混凝土的爆裂规律、CFRP布加固混凝土梁板抗火性能、预应力混凝土梁板以及用耐高温无机胶粘贴CFRP布加固的混凝土梁板抗火设计方法等,分析了预应力混凝土结构和CFRP布加固混凝土结构抗火研究中尚存在的一些问题。分析表明：大尺度预应力混凝土梁的抗火性能优于小尺度梁,用耐高温无机胶替代环氧类有机胶粘贴CFRP布加固混凝土梁板并以此提高结构的抗火性能是可行的,大尺度预应力构件及预应力整体结构的抗火性能及其抗火设计方法等是今后一段时间预应力混凝土结构抗火研究领域值得关注的课题。     

The behaviour of asymmetric slim floor steel beams in fire

Computer software has been developed to predict the structural response of asymmetric slim floor steel beams, used with composite concrete floor slabs consisting of deep profiled steel decking. Comparisons between predicted behaviour and that recorded in standard fire tests, showed that the software is very accurate. By including the rotational stiffness of the beam-to-column connections, the fire resistance of the beam is significantly enhanced. This is mainly due to the connections retaining most of their strength during a fire, since they are fully encased in concrete as a consequence of this type of construction. The analyses presented in this paper indicate that it may be possible to increase the fire resistance of the steel beams from 60 to 90 minutes, by including the connection behaviour. The software has also been used to aid the design of a future large-scale fire test on the asymmetric slim floor system. Predictions of the structural response have been presented. These will enable the fire load and ventilation conditions in the test to be designed. In addition the software has been used to identify the minimum amount of fire protection that is required for the supporting columns.     

Enhancing the fire resistance of composite floor assemblies through the use of steel fiber reinforced concrete

This paper presents a strategy for achieving the required fire resistance in composite floor systems through the use of steel fiber reinforced concrete (SFRC). Both experimental and numerical studies were carried out to evaluate the fire performance of floor systems comprising unprotected steel beams and concrete/SFRC deck slabs. The results from these studies show that SFRC composite deck slabs develop significant tensile forces (through tensile membrane action) that transfer load from fire-weakened steel beams to other cooler parts of the structure. Preliminary results indicate that the combined effect of composite construction, tensile membrane action, and the improved properties of SFRC under realistic fire, loading, and restraint conditions can provide sufficient fire resistance in steel beam-concrete deck slabs without the need for external fire protection on the floor assembly.     

有ALC板连接的高频焊接H型钢温度场数值分析

抗火防火是钢结构住宅研发中必须解决的一个关键问题。楼、墙板对钢梁、柱构件截面的温度分布产生一定的影响 ,从而影响它们的抗火承载力。通过有限元分析 ,研究了有蒸压轻质加气混凝土 (ALC)楼墙板连接的高频焊接H型钢升温和温度分布状况 ,进行了有关参数分析 ,涉及板材厚度和热工性能、高频焊接H型钢截面尺度以及防火涂料保护层等 ,为高频焊接H型钢和ALC板在轻钢住宅中的应用和抗火设计提供了基础。     

High-temperature tests on joints to steel and partially-encased H-section columns

This paper reports on a series of tests at elevated temperatures on connections between steel beams and H-section columns, both unfilled and partially-concrete-encased. Reverse-channel connections to both types of column, as well as flush endplate connections to partially-encased H-section columns, were studied. The experiments aimed to investigate the behaviour of beam-to-column connections subject to significant tying forces and large rotations in fire situations, and to provide test data for development and validation of simplified component-based connection models. It has been found that reverse-channel connections provide not only high strength, but also the high ductility which is required to reduce the possibility of connection fracture and to improve the robustness of buildings in fire.