不同跨受火时两层两跨钢框架火灾行为试验

为对不同跨受火时的两榀两层两跨钢框架足尺结构进行试验研究.受火工况有一层两跨梁柱同时受火,节点被保护不受火和一层两跨梁单独受火,节点被保护不受火两种形式.分析宏观试验现象、温度场以及变形情况,得出钢框架各个构件的温度场分布和变形规律,并在此基础上对钢框架的整体变形全过程进行全面分析,考虑了内力重分布的影响.结果表明:钢框架各构件在火灾作用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;框架柱的变形对不同跨的组合梁挠度变化有着不同的影响,有些影响是有利的,而有些影响却是负面的;内力重分布和造成内力重分布的各种因素所起的作用时时刻刻发生着变化,当两种不同的因素交替起主导作用时,便发生位移拐点现象.     

框架组合梁抗火性能试验

为研究框架组合梁在火灾时的结构行为,利用自行研制的火灾加温试验炉及相关测试装置,对2种不同钢筋混凝土与钢梁连接方式共4根框架组合梁在不同的火灾工况下的抗火性能进行了试验研究,火灾工况包括:组合梁、柱同时受火而节点不受火和只有组合梁受火而柱、节点不受火2种.试验中量测了各种工况的炉温,H型钢梁的翼缘、腹板及钢筋混凝土楼板的温度分布和组合梁的挠度随时间的变化.结果表明:钢梁的裸钢部分温度相差很小,而埋入混凝土中的钢的温度比裸钢的低,混凝土板的截面温度差别较大;2种连接方式的组合梁的最大挠度基本相同,破坏形式也很相似,但连接方式2中的混凝土的约束作用要好于连接方式1.在工程中应对框架柱进行防火保护,而框架组合梁可适当放宽要求,对跨度不大的工程可优先使用连接方式2的形式.     

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。     

约束高强度Q460钢柱抗火性能试验

为获得高强度Q460钢柱的抗火性能,采用火灾试验炉对4个约束Q460钢柱进行抗火性能试验,试验采用恒载升温模式和ISO-834标准升温曲线,考虑了两个约束刚度和两个荷载比,测量了钢柱受火过程中的温度、轴向位移和跨中挠度,并得到了约束Q460钢柱的屈曲温度和破坏温度,采用约束钢柱的轴力放大系数方法计算了试件的破坏温度并和试验结果进行对比.研究表明:轴向约束刚度和荷载比对Q460钢柱的抗火性能影响较大,相同荷载比下轴向约束刚度大的钢柱破坏温度低,相同约束刚度下荷载比大的钢柱破坏温度低;轴力放大系数方法可以确定约束高强度Q460钢柱的临界温度.     

模块化装配式斜支撑节点钢框架试验研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构中框架体系的受力性能、破坏模式及破坏机理,对4个原尺寸的一层两跨单榀框架进行了水平和竖向静力加载试验,研究了装配式斜支撑节点钢框架的承载能力、变形特性、传力机理、破坏形态和机理.通过不同斜撑布置和构件截面尺寸框架的受力性能对比分析,获得了影响其极限承载能力的规律.进行了4个一层两跨单榀框架的实体非线性有限元静力分析,并与试验结果对比.研究结果表明:装配式斜支撑节点钢框架抗侧刚度大,延性性能较好,抵抗水平荷载能力强;结构塑性变形均发生在桁架梁和斜支撑上,符合"强柱弱梁"的抗震设计原则;斜撑对抵抗水平荷载和变形至关重要;与桁架梁交汇处是斜支撑受力薄弱的区域,斜支撑槽形截面开口处最先屈服,但屈服后塑性变形没有进一步发展,斜支撑槽形截面的腹板受力较小.     

单层单跨组合梁钢框架刚度的分析

为研究竖向荷载作用下单层单跨组合梁钢框架的刚度,将组合梁钢框架中的梁简化为阶梯形变截面梁,进行参数确定;应用试验值验证ANSYS有限元程序分析组合梁钢框架的可行性,利用此程序进行组合梁钢框架的非线性分析,确定了组合梁钢框架在竖向荷载作用下的负弯矩区长度参数,从而建立了该组合梁刚度计算模型.采用等效原理,确定出竖向荷载作用下单层单跨组合梁钢框架的等效刚度计算公式,给出工程设计时刚度取值的建议,并与有限元分析结果进行了对比.结果表明:理论分析和推导与ANSYS有限元分析结果吻合很好.     

钢框架在火灾作用下的行为研究

以一平面钢框架为例,利用ANSYS的热力耦合功能研究了钢框架在火灾作用下的温度分布及力学响应.结果表明,梁截面在火灾的作用下温度分布为非线性,梁腹板温度最高,下翼缘温度次之,上翼缘温度最低;柱受火翼缘的温度最高,其次是腹板,最后是非受火翼缘;在火灾的作用下梁柱节点及柱脚等部位是薄弱环节,应加强保护;框架梁表现出的悬链线效应有利于结构抗火.     

两邻跨受火RC三跨连续板抗火性能试验研究

为了了解钢筋混凝土连续板在火灾下的变形规律和破坏机构,采用自行研制的燃油火灾试验炉,对足尺钢筋混凝土三跨连续板进行了恒载下两邻跨受火的试验研究.试验结果表明:钢筋混凝土连续板在升温过程中受火跨经历了较复杂的变形过程,且降温后存在较大的残余变形;连续板在火作用下产生了剧烈的内力重分布;其破坏机构与常温下相比有巨大差别,破坏铰出现在受火中跨靠近受火边跨的板负筋截断处,破坏时连续板被分解为两个受力单体:两块带悬臂的简支板.     

火灾后型钢混凝土平面框架抗震性能有限元分析

建筑火灾的频繁发生给人们的生命及财产安全带来的危害越来越大,建筑结构抗火性能研究已成为建筑结构安全分析领域的一个重要课题.针对火灾后型钢混凝土柱-型钢混凝土梁-钢筋混凝土楼板单层单跨组合平面框架的抗震性能进行了研究,运用有限元分析软件ABAQUS建立了模型,考虑受火时间、柱轴压比和梁跨中荷载等因素对其的影响,研究了火灾后型钢混凝土框架的滞回曲线和骨架曲线,并在此基础上分析了各参数对火灾后型钢混凝土框架延性和耗能方面的影响.通过分析可知在相同轴压比和相同梁跨中荷载的情况下,受火时间越短滞回曲线越丰满,亦即抗震性能越好;在相同受火时间的情况下,轴压比越小滞回曲线越丰满;而梁跨中荷载大小变化对滞回曲线影响较小.且在最不利的情况下,延性系数为3.53,等效粘滞阻尼系数为0.24,说明型钢混凝土框架结构具有的良好的延性和抗震性能.     

火灾下钢框架结构的热-结构耦合非线性分析

在ANSYS有限元分析软件中建立1榀2跨框架模型,采用SOLID70和SOLID45单元进行热-结构耦合分析,研究火灾下钢框架结构的非线性反应．研究结果表明,火灾下钢框架的非线性反应可以划分为4个阶段,火灾中梁的截面温度为非线性分布,节点部位是钢框架抗火的薄弱环节．     

H型钢梁(端板连接)火灾行为的试验研究

为研究钢结构抗火性能,对4根端板连接H型钢梁进行火灾行为的试验研究.全部火灾试验在自行研制的火灾试验炉上进行,采用足尺试验形式,考虑跨度、荷载大小两个主要因素.钢梁跨度分别为4 200,3 600 mm,荷载比率分别为0.48,0.78.得出钢梁的温度场分布、变形情况及端板连接、轴向约束对钢梁的影响.结果表明:H型钢梁在火灾作用下发生局部屈曲和弯扭屈曲现象;端板连接、轴向约束对H型钢梁的火灾行为影响明显;钢梁进入大变形阶段后,轴向约束压力变为轴向约束拉力,轴向拉力有阻止钢梁自身进一步变形的作用,即发生了悬链线作用.     

柔性连接钢梁火灾行为的试验研究

对4根柔性连接H型钢梁进行了火灾行为的试验研究．试验采用足尺试验形式，试验中考虑了跨度、荷载大小两个主要因素．钢梁跨度分别为4200mm和3600mm．荷载比率分别为0．31和0．52．通过试验，得出了钢梁的温度场分布和变形情况．试验结果表明：H型钢梁在火灾作用下发生了弯扭屈曲现象；轴向约束对H型钢梁的火灾行为有一定影响；钢梁进入大变形阶段后，轴向约束压力变为轴向约束拉力，轴向拉力有阻止钢梁自身进一步变形的作用，即发生了悬链线作用．     

钢框架柱抗火承载力的非线性有限元分析

为深入了解火灾下钢框架柱的受力性能和破坏模式以及各种因素对其抗火承载力的影响,采用有限元方法对H型钢框架柱在火灾中的反应进行了理论分析.结果表明:火灾中相连梁膨胀产生的推力对框架柱的耐火极限具有明显的降低作用,且随着框架柱荷载水平的增加这种影响加剧;由于内力重分布的影响,框架柱轴力在火灾初期持续增长,火灾后期反而降低甚至低于常温状态,且在火灾中随着温度的升高框架柱的端弯矩持续减小;火灾中H型钢框架柱的翼缘端部、中部发生明显的局部失稳现象,局部失稳的位置将影响抗火设计中柱的计算长度的取值.     

楔形H型钢构件参数分析及简化计算方法

楔形构件是轻型门式刚架结构体系中经常采用的构件形式,其变宽度腹板的局部屈曲作用不容忽视.本文采用双重非线性有限元法对其进行了较大规模的全过程分析,以构件的荷载-位移曲线为研究对象,重点考察了腹板宽厚比、腹板楔率以及构件长度系数等参数对楔形构件局部屈曲作用的影响.并以弹性力学理论为基础,对参数分析所获得的结果进行了归纳拟合,提出了估算H型钢楔形构件腹板局部屈曲临界应力的简化计算公式以及可以不考虑楔形腹板局部屈曲作用的宽厚比限值.     

喷涂聚脲弹性体H型钢柱抗爆性能研究

为研究聚脲涂层对H型钢柱的抗爆效果,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对喷涂聚脲弹性体H型钢柱进行抗爆数值分析。研究了H型钢柱在爆炸荷载作用下的动态响应,并分析了不同聚脲厚度对H型钢柱的防护作用及其机理。研究结果表明：当冲击波沿钢柱弱轴方向传播时,冲击波对钢柱的最大破坏作用出现在柱脚附近腹板中心,聚脲涂层能够有效提高H型钢柱的整体刚度和抗爆能力,大幅降低钢柱的整体和局部变形,并减小钢柱吸收的内能。     

正交设计在钢框架梁柱连接性能分析中的应用

在钢结构框架中,梁柱腹板连接同翼缘连接一样普遍,而且设计和施工更为困难,因此对梁柱腹板连接的性能分析具有重要意义.在钢结构工程设计中,梁柱连接的承载力是反映连接性能的一项重要指标.本文通过在钢框架梁柱腹板连接承载力影响因素分析中引入正交设计方法,找出了主要因素和次要因素.结果表明:在梁柱腹板连接中,梁的高度对连接的承载力影响最大,柱翼缘宽度和柱翼缘厚度次之,而梁翼缘厚度的影响并不显著,对今后钢框架的设计有着一定的指导意义.     

经历弱震损伤的混凝土框架结构抗火性能试验研究

设计了2榀配筋相同的足尺寸单层单跨混凝土框架KJ1、KJ2,对KJ1先进行模拟经历弱震损伤的低周反复荷载试验,接着进行了固定轴压比下的火灾反应试验,包括升温和降温过程;对KJ2直接进行固定轴压比下的火灾反应试验。研究了混凝土框架在火灾中的温度及变形反应,对KJ1、KJ2在试验后的表观现象、温度曲线、承载力变化等方面进行了对比分析,同时根据简化的温度场初步计算了框架柱的高温极限承载力。通过试验和理论分析比较表明,计算结果与最终试验现象从定性上分析是相符的。     

Effect of contact thermal resistance on temperature distributions of concrete-filled steel tubes in fire

To predicate the temperature distribution of concrete-filled steel tubes(CFSTs) being exposure to fire,a finite element analysis model was developed using a finite element package,ANSYS.A suggested value of contact thermal resistance was therefore proposed with the supporting of massive numbers of collected test data.Parametric analysis was conducted subsequently towards the cross-sectional temperature distribution of CFST columns in four-side fire,in which the exposure time,width of the cross section,steel ratio were taken into account with considering contact thermal resistance.It was found that contact thermal resistance has little effect on the overall temperature regulation with the exposure time,the width of cross-section or the change of steel ratio.However,great temperature dropping at the concrete adjacent to the contact interface,and gentle temperature increase at steel tube,exist if considering contact thermal resistance.The results of the study are expected to provide theoretical basis for the fire resistance behavior and design of the CFST columns being exposure to fire.