火焰热辐射作用下大空间火场钢构件升温模型

为了研究火灾时大空间建筑内受火钢构件的温升规律,进行了真实的全尺寸钢构件受火温升实验,采用集总热容法建立了大空间建筑火场钢构件温升理论模型.提出了大空间建筑非规律性变化的烟气温度场预测方法和受火钢构件温度场预测方法.实验数据对比理论计算结果表明,结合非规律性变化的烟气温度场,大空间受火钢构件升温模型能够很好地预测大空间受火钢构件温升变化,预测结果与实验数据基本相吻合.     

自然火灾条件下约束钢梁可靠性分析

为研究钢构件的火灾性能及火灾条件对结构可靠性的影响,采用非线性有限元法,基于蒙特卡洛原理建立了约束钢梁的可靠性模型;采用参数化方法研究自然火灾模型的随机变量以及防火保护层厚度对钢构件可靠性及灵敏度的影响.结果表明:火灾随机变量对钢梁可靠性的灵敏度不同,火灾最高温度Tm影响最大,形状参数sc影响最小;可靠性随最高温度Tm和形状参数sc的增大而降低,随达到最高温度所需时间tm的增大而增高;随火灾随机变量标准差的增大而降低.在一定范围内,适当增加防火保护层厚度可明显降低构件的失效概率.因此降低火灾最高温度、延长达到最高温度所用时间,减小形状参数,可以增加结构的耐火时间,提高结构的可靠度.应根据工程要求,确定最佳防火保护层厚度.所采用的模型为定量分析钢构件在随机火灾下的可靠性以及评估构件在火灾中的失效风险提供了研究基础.     

变电站钢构件及组合板的防火性能

针对现有规范中缺少电力火灾下钢结构的防火设计方法，基于有限元法对变电站工程中的典型钢构件进行抗火性能研究，发现和标准火灾相比，电力火灾作用下钢构件和组合板的温度更高，耐火极限更低；将有限元模型预测耐火极限与规程预测结果进行对比，发现现有规程推荐的预测方法可准确模拟变电站钢构件的耐火极限，但是钢-混凝土组合板耐火极限的预测方法偏于保守。为提高经济性，本文修正了组合板耐火极限的预测方法。     

机场航站楼屋顶钢结构防火性能化分析

为了得到某机场航站楼屋顶钢结构的抗火性能,利用火灾动力学、传热学和有限元分析相结合的方法,通过火灾危险性分析,按照可信最不利原则设定机场航站楼结构火灾场景;运用火灾动力学软件FDS和传热学公式得到火灾影响区域构件温升曲线,建立结构有限元模型,并结合结构荷载条件和温升曲线计算出结构在设定火灾场景下的力学性能.结果表明：部...     

考虑火焰辐射的大空间建筑火灾中钢构件升温实用计算方法

对基于集总热容法建立的钢构件热平衡方程进行了参数分析,发现在火焰辐射下对钢构件升温有影响的参数有：大空间建筑火灾中烟气的升温历程和烟气最高升温、火焰面与其正上方钢构件表面微元间的角系数、受火焰辐射钢构件有效表面积系数以及钢构件的形状系数。建立了包含这些影响参数的火焰辐射下钢构件升温典型曲线的数学表达式,通过对精确结果进行拟合,得出了火焰辐射下钢构件升温计算式的待定系数,从而得出大空间建筑火灾中火焰辐射下钢构件升温的实用计算式,该实用计算式避免了直接利用钢构件热平衡方程计算火焰辐射下钢构件升温的繁琐,同时与精确计算的结果吻合程度较好,便于工程技术人员在大空间建筑钢结构抗火设计中应用。     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明：随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。     

高温（火灾）下横向荷载对钢构件稳定承载力的影响

基于高温环境下钢构件的受力特点,根据压弯构件的平衡方程,导出了不同横向荷载形式下钢构件的稳定承载力计算公式,分析了横向荷载及火灾参数对钢构件稳定承载力的影响,提出了在实际工程中采取的一些相应措施。     

火灾下大跨度钢桁架拱桥结构性能分析

为研究汽车火灾对大跨度钢桁架拱桥结构受力性能的影响,以主跨为240 m的某下承式钢桁架拱桥为研究对象进行受火分析计算. 首先利用火灾模拟软件FDS对两种典型火灾场景进行数值模拟获得火灾温度场分布,然后通过有限元瞬态热分析确定火灾区域构件的温度分布,再通过ABAQUS热-结构耦合分析桥梁在不同火灾场景下结构性能的变化. 结果表明:钢桁架拱肋在油罐车火灾作用下受火构件的最高温度达540 ℃;主要传力构件在温度为430 ℃时屈服,达到承载能力极限状态,热膨胀效应与内力重分布导致附近构件的应力增幅达60~180 MPa;桥面竖向位移变化最大为115 mm,最大横向高差为108 mm. 油罐车火灾主要对火源附近3根吊索的温度场产生影响,受火吊索索力减小使得桥面下挠33 mm,主梁应力增大35 MPa.     

基于反演法的高温下钢框架极限荷载确定

高温下钢框架试验中外荷载大小的选定对试验结果有着重要的影响。本文应用火灾科学和相关结构理论,对钢框架在高温下的力学特征进行分析,提出一种基于试验对比的反演计算法;该方法利用相关规范来反推不同温度下的极限荷载,并分析了钢框架主要构件在火灾下的受力特性;通过数值分析验证了两层两跨钢框架极限荷载理论计算结果,为以后进行相关钢框架试验研究提供参考依据。     

钢压杆稳定加固研究进展

钢结构由于设计、施工、使用、损伤以及火灾、地震等影响可能导致构件宏观开裂或失稳,甚至造成工程事故.本文总结了钢压杆稳定加固的理论和试验研究成果.首先对国内外钢压杆稳定加固的现状及其进展进行总结,接着详细介绍了有关纤维、外粘钢和套管加固的理论和试验研究,最后对稳定加固的研究进行了展望.     

多肋式梁桥在全过程中应力重分布研究

为了考察多肋式梁在全过程中受力性能,利用非线性实体退化壳单元理论研究了多肋式梁的应力重分布规律.混凝土和普通钢筋采用分层壳单元模拟,预应力钢筋采用组合壳单元模拟,推导了预应力钢筋对组合壳单元刚度矩阵的贡献和统一的非线性壳单元模式.利用Owen屈服准则、Hinton压碎准则和弹塑性强化模型考虑了混凝土和钢筋的非线性效应,有效模拟了预应力混凝土多肋式梁的开裂、屈服和失效全过程,并编制了相应的三维非线性全过程计算程序.结合破坏性试验资料可知,理论计算结果与试验数据吻合良好,并对预应力钢筋应力发展规律进行研究.结果表明,用实体退化壳单元模拟预应力混凝土多肋式梁是合适的,研制的非线性单元和非线性程序是正确的.     

单斜杆偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

采用曲壳单元和梁单元相结合的非线性有限元分析模型，自编计算程序，分析了单斜杆偏心支撑钢框架在循环荷载作用下滞回的性能，提出了相应的抗震设计对策和建议。     

超级元在巨型钢框架结构分析中的应用

超级元法是在普通有限元划分的基础上进行二次大单元划分的一种半连续化方法,三维实体超级元能模拟巨型钢框架的整体变形,具有连续化方法的优点,又很容易与普通有限元结合起来,本文采用超级元法进行了巨型钢框架结构的静力分析。算例表明,规则结构采用２０结点超级元,计算时间,内存均大大减少,较不规则结构可采用３２结点超级元,内存比普通有限元少。可见,超级元的方法是可行的。     

混凝土柱-钢梁边节点受力性能非线性有限元分析

利用有限元程序对混凝土柱与钢梁组合节点受力性能进行了非线性有限元分析,并将计算结果与试验结果进行了对比,同时确定了有限元程序在本结构试验中的应用范围。分析结果表明,在荷载作用下钢梁的最大应力区域出现在钢梁与混凝土组合节点的角部翼缘处;在钢梁上设置对称的加劲肋能够改善试件的受力性能。     

K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

K型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种抗震耗能结构形式,偏心支撑结构弹性阶段刚度大,塑性阶段耗能能力强是适用于高烈度震区的一种有效的抗侧力结构体系.根据偏心支撑结构在地震荷载作用下耗能梁段进入塑性的破坏特点,提出了耗能梁段采用曲壳单元和其余构件采用梁单元的非线性有限元模型来分析K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能和破坏机理,并自编了计算程序.通过有限元模拟计算分析,得到了K型偏心支撑钢框架抗震设计中合理的支撑截面大小、耗能梁段长度、高跨比、加劲肋间距、加劲肋厚度、腹板厚度等设计参数的确定方法.     

钢中残留元素对管线钢性能的影响

分析钢中残留元素的组成,以及钢中残留有害元素对钢性能的影响,并针对衡钢管线钢中残留元素控制提出改进措施及建议.     

240m双钢内筒烟囱的有限元分析

以某工程烟囱设计为例,应用有限元软件SAP2000作为工具,采用壳单元模拟烟囱混凝土外筒与钢内筒,与各层钢结构平台用杆系单元互相连接,采用实体单元模拟混凝土筏板基础,整体建模,考虑内外筒协调工作,基础与上部结构共同作用,对烟囱进行整体分析;根据规范对烟囱施加荷载,得到结构的应力分布与顶部位移,并与普通烟囱设计程序的计算结果进行对比分析,提出了烟囱混凝土外筒与钢内筒整体建模的计算方法,以资同行参考.     

钢板筒仓稳定屈曲分析

对空仓和实仓2种状态下不同壁厚的钢板筒仓进行了有限元屈曲分析,结果表明空仓的有限元临界屈曲应力与理论解接近.如果将有限元临界应力乘以<粮食钢板筒仓设计规范>中的筒仓失稳破坏稳定系数,再乘以初始缺陷影响系数0.5,则所得结果与规范一致,所以通过有限元计算可以获得筒仓的许用临界屈曲应力.     

组合四角锥单元

在分析组合网架结构主要受力特点的基础上提出了一种简化计算方案，建立了组合四角锥单元计算公式，实践表明，用这种组合四角锥单元计算组合网架总体自由度少，占用内存小，计算工作量小，精度可以满足工程要求。     

CFRP加固钢梁的有限元分析

工程结构中的受弯钢梁由于腐蚀或疲劳损伤需要进行加固和修复.与传统的钢结构加固方法相比,粘贴CFRP加固钢结构具有很大的优势和应用前景,如不会导致严重的应力集中、不会产生残余应力、施工方便、维护费用低等.但是目前仅对CFRP加固钢梁和组合梁进行了部分试验研究,缺乏相关的有限元分析.对CFRP加固钢梁和组合梁有限元分析的几个关键问题进行了论述,并采用笔者提出的“三维实体-弹簧-壳元”有限元模型对钢梁和组合梁粘贴CFRP加固前、后的性能进行了分析.分析结果表明,损伤钢梁和组合梁粘贴CFRP布和CFRP板加固后其性能恢复非常显著,而且粘贴CFRP板的加固效果更加明显.