钢筋混凝土柱-钢梁组合节点抗剪承载力研究

为了获得适用范围更广的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点抗剪承载力公式,利用12个RCS组合节点的试验数据对6组抗剪承载力公式进行计算分析,指出了各公式的特点和适用范围。通过分析节点区混凝土、钢梁腹板以及箍筋等的受力机理和其对节点承载力的贡献,提出了改进的RCS组合节点抗剪承载力公式;通过17个节点试验数据对改进公式进行验证,结果表明:改进后的公式计算结果准确且适用性好;通过分析节点区各组成部分对节点抗剪承载力的贡献,结果表明混凝土和钢梁腹板对RCS组合节点抗剪承载力的贡献占90%以上。研究成果为设计计算RCS组合节点抗剪承载力提供参考。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究

基于隔板贯通节点在地震作用下的破坏调查结果,提出了一种改善钢梁翼缘与隔板连接处受力性能的新型节点--倒角放坡型隔板贯通节点。对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验,研究了隔板贯通式连接中方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能,分析了钢梁翼缘与隔板连接构造以及浇注孔直径、隔板厚度、钢管的宽厚比等参数对节点局部受拉承载力的影响,并将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行了比较。研究结果表明:倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性;影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度、浇注孔径和钢管的宽厚比,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度;对于填充混凝土的试件,采用公式计算节点承载力偏于保守。     

开口截面钢-混凝土组合梁受扭的试验分析

为研究钢-混凝土组合梁在不同加载方式下的受扭性能,完成了6根钢-混凝土组合梁的弯扭试验和纯扭试验,其中2根梁的扭矩直接作用于工字钢梁上,其余4根梁则由钢梁和混凝土翼缘板作为整体共同受扭。试验结果表明,当扭矩直接作用于钢梁上时,混凝土翼缘板通过栓钉对钢梁的扭转提供约束,从而使钢梁的抗扭承载力比纯钢梁的提高2倍以上。在试验参数相同时,混凝土翼缘板和钢梁作为整体复合受扭时组合梁的开裂扭矩及极限抗扭承载力比扭矩直接作用于钢梁时的分别提高86%和39%。分析了两种不同加载方式下钢-混凝土组合梁受扭和受弯承载力的变化。建立了扭矩直接作用于钢梁上时极限扭矩的计算模型及计算公式。对整体受扭时组合梁的弯矩相关性进行了分析,并建立了相关曲线公式。计算结果与实测值吻合较好。     

板件宽厚比对交叉钢梁稳定性影响研究

对中、美、欧现行规范关于钢结构截面类型及宽厚比限值的要求进行了归纳比较,利用ABAQUS有限元软件进行了单根H形钢梁考虑初始缺陷的屈曲承载力分析并与规范公式计算结果进行了对比.在此基础之上,以雄安站站房雨棚钢结构为背景,选取具有代表性的区域建立空间交叉H形钢梁精细有限元模型.对不同板件宽厚比的空间交叉H形钢梁进行了非线性屈曲承载力分析,研究了翼缘宽厚比及腹板高厚比对空间交叉H形钢梁局部稳定性和屈曲性能的影响.研究结果表明:ABAQUS模型对钢梁整体稳定性计算结果与规范公式吻合度较高,设计中采用杆件单元模型进行结构整体稳定性分析是安全合理的.考虑翼缘约束作用的H形钢梁腹板屈曲计算模型与该项目交叉钢梁有限元弹性屈曲分析结果吻合良好,结构起坡所引起的不均匀正应力是导致钢梁腹板失稳的主要因素.翼缘厚度确定后,根据上翼缘失稳与腹板局部屈曲临界值确定腹板厚度,依据S3级截面要求所控制的次梁腹板厚度是经济合理的.     

二次受力下CFRP板加固钢梁抗弯承载力试验研究

通过对碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固受弯钢梁进行受力分析,推导了二次受力下CFRP板加固钢梁抗弯承载力计算公式。为验证该计算公式的正确性,进行了4根CFRP板加固H型钢梁的静力试验,并设置一根未加固钢梁作为对比梁,然后用有限元分析软件ANSYS进行模拟分析,并将理论计算结果、试验结果及有限元分析结果进行对比。结果表明,CFRP板加固钢梁的抗弯承载力随初始应力的增大而减小,所推导的抗弯承载力公式的理论计算结果与试验结果及有限元分析结果较为吻合,表明该计算公式具有较高精度。     

基于ANSYS研究综合效应对折线形钢梁跨中弯矩的影响

采用ANSYS模拟折线形钢梁的受力,发现折线形钢梁的坡度不同,受力状态也不同。从受力状态来看,折线形钢梁结构体系属于压弯构件范畴;实际计算结果发现,ANSYS计算跨中截面的应力与按压弯构件计算的应力值相差较远。通过对荷载-位移曲线、屈服承载力、跨中截面应力的分析,研究综合效应对折线形钢梁跨中弯矩的影响,得出屈服承载力和跨中弯矩等随着坡度的变化规律。     

Q690高强钢梁火灾后承载性能研究

为探究Q690高强钢梁火灾后的破坏模式和承载性能,对6根经历650℃高温加载后自然冷却的Q690高强钢梁进行了试验研究.试验结果表明,残余变形对火灾后Q690钢梁的破坏模式和极限承载力均有显著影响;Q690高强钢加热到650℃后自然冷却,其材料性能几乎无变化,仅屈服强度略有降低.在试验的基础上,建立有限元模型并完成校准,进行大规模参数分析,拟合得到火灾后高强钢梁的整体失稳承载力计算公式.拟合公式与规范计算结果和试验数据的对比表明,提出的公式具有足够的精度、合理性和安全性.     

基于神经网络的蜂窝钢梁的承载力研究

对腹板易发生后屈曲的简支蜂窝钢梁的承载力进行研究,讨论分析梁承载力和失效模型的非线性有限元法的准确性。由于非线性有限元计算量很大,故基于有限元进行参数研究,提出蜂窝钢梁腹板的后屈曲临界荷载的经验公式。另采用传统的反向传播神经网路和自适应神经模糊推理系统方法进行求解,并对比传统有限元分析结果,验证经验公式、反向传播神经网络法、自适应神经模糊推理系统法的准确性。结果表明:反向传播神经网络法和自适应神经模糊推理系统法比经验方程更准确。     

钢梁抗火计算和设计的实用方法

本文结合我国现行钢结构设计规范，提出了一套钢梁抗火计算和设计的实用方法。本文首先给出了火灾下钢构件内部升温的计算公式，然后导出了高温下钢梁的承载力验算公式和钢梁临界温度的计算方法，最后通过计算示例说明了本文方法的实际应用．     

三角形空翼缘梁的极限承载力试验研究

在澳大利亚学者提出的空翼缘梁(HFB)的基础上,提出一种新型三角形空翼缘梁(THFB)。通过试验测试,对三角形空翼缘梁(THFB)和传统H型钢梁在承受集中荷载作用下的破坏过程进行了对比,发现两种梁的破坏模态存在明显差异,THFB在集中荷载作用下极易发生局部屈曲,传统H型钢梁则易发生整体失稳,且THFB比传统H型钢梁具有较好的抗弯扭性能。利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,试验结果和有限元模拟结果吻合较好。基于所建的有限元模型对THFB进行参数分析,参数主要包括上翼缘板厚、上翼缘板宽、腹板厚和钢材屈服强度,得出了THFB梁的承载力随不同参数的变化规律。最后结合理论和有限元分析,验证了Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式计算THFB极限承载力的适用性。研究结果表明:采用Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式对THFB的极限承载力进行验算是安全的,但偏于保守。     

HRBF500级钢筋混凝土梁受火后力学性能试验研究

以HRBF500级钢筋混凝土梁为研究对象进行了常温下和受火后细晶粒钢筋混凝土梁的力学性能试验。在不同的受火时间作用下进行了5根细晶粒钢筋混凝土梁的明火试验,自然冷却至室温,然后进行静载试验。通过试验,观察其受火破坏现象、静载破坏形态和在不同工况下混凝土梁受火后剩余承载力的变化; 进行了2根细晶粒钢筋混凝土梁常温下的静载试验,得到荷载 挠度曲线关系,并与受火后的细晶粒钢筋混凝土梁剩余承载力进行比较。试验结果表明：高温对细晶粒钢筋混凝土梁的损伤很大,受火时间、配筋率、预加荷载对混凝土梁耐火性能有影响;受火时间越长,其剩余承载力越小;配筋率越小,其火灾后的剩余承载力越小;预加荷载降低梁的剩余承载力。     

Prediction of fire resistance of steel beams with considering structural and thermal parameters

This paper proposes a formula which can be used to predict the fire resistance time of steel beams under the standard fire condition. To this end, the key parameters which could affect the fire resistance of steel beams were first extracted through thermo-mechanical considerations and then classified as either structural or thermal. The influence of each parameter on fire resistance was investigated through fully coupled thermo-mechanical numerical analyses up to the occurrence of the run-away deflection. Before conducting extensive parametric analyses, the accuracy of the numerical modeling was verified by using available test results. Multiple linear regression analysis was carried out to obtain the prediction formula for the fire resistance time of steel beams under various design conditions. The statistical analysis showed that the proposed formula is robust. The application of the formula to practical fire design is illustrated in detail. The advantages achievable from the proposed formula are also shown.     

蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中结构的变形和受力性能。现有的蠕变模型较多,但没有一个广泛适用的蠕变模型。不同的蠕变模型对钢结构抗火分析结果有很大影响。为了量化蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响,对5种常用的蠕变模型进行了对比分析。采用编写的约束钢梁计算程序,分别计算5种蠕变模型下约束钢梁的抗火性能并与试验数据进行对比。结果表明,采用Norton蠕变模型的计算结果与试验数据吻合最好。最后对影响约束钢梁抗火性能参数进行了研究,研究发现,Harmathy蠕变模型对约束梁抗火性能分析结果影响最大;不同蠕变模型对不同荷载比、约束刚度下的约束钢梁抗火性能影响程度均不同。     

火灾后栓接Q690角钢净截面受拉承载力研究

对栓接Q690角钢在火灾后的净截面受拉承载力展开研究,参考过火后高强钢Q690材性试验结果,利用ABAQUS建立栓接Q690角钢的有限元模型,分析面外偏心距、螺栓连接长度、过火温度对火灾后栓接Q690角钢净截面受拉承载力的影响; 将已有相关公式及规范公式的计算结果与模拟得到的角钢支撑受拉极限荷载进行比较; 基于最小二乘法,提出了Q690角钢净截面受拉承载力的有效截面系数公式,对比了数值结果及其他文献试验结果; 基于数值模拟数据库,进行了可靠度分析。结果表明:有效截面系数随着螺栓连接长度的增大而增大,随着面外偏心距的增大而减小,而过火温度对有效截面系数几乎没有影响; 美国规范AISC 360-16对不同过火温度下Q690角钢净截面受拉承载力预测结果偏于不安全,中国现行《钢结构设计标准》预测结果偏于离散; 提出的计算公式对于不同过火温度下的栓接Q690角钢净截面受拉承载力均能进行较好预测; 推荐所提出公式计算火灾后栓接Q690角钢净截面受拉承载力的抗力分项系数为1.061。     

GFRP筋混凝土梁耐火性能计算方法

通过GFRP筋混凝土梁耐火性能的理论分析与有限元计算,提出GFRP筋混凝土结构耐火性能的计算方法。在合理选择GFRP和混凝土材料的热工参数、高温力学参数的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS建立三面受火的GFRP筋混凝土梁的高温热力学模型。经与GFRP筋混凝土梁火灾试验结果的对比验证,该高温力学模型具有较高的精确性。对影响GFRP筋混凝土梁高温力学性能的各参数进行有限元分析,结果表明,影响梁耐火性能的主要因素为梁上作用的荷载比、GFRP筋在混凝土截面的位置和受火时间。参考欧洲规范钢筋混凝土抗火性能的设计方法,提出GFRP筋混凝土构件基于力学性能的耐火设计公式。通过混凝土500℃等温线简化受火面积和GFRP筋高温强度等效换算的方式,将火灾下截面的非均匀材料力学性质转变为随受火时间变化的均匀材料,提出了不同受火时刻GFRP筋混凝土受弯构件的承载力计算式。经与有限元分析结果的对比,该计算方法精度较高,可应用于评估不同受火时刻下GFRP筋混凝土的高温承载力。     

火灾后用碳纤维增强聚合板对钢筋混凝土梁的加固-试验和分析

经历火灾后，钢筋混凝土梁的承重能力和硬度都会降低，使用碳纤维增强聚合物板（CFRP）对其进行加固是一种新的加固方法。研究比较了6根钢筋混凝土梁在火灾前后的最终强度、变形、开裂和延展性。试验结果显示，材料性能的降低对火灾后梁的承载力影响巨大。探讨了如何提高钢筋混凝土梁的延展性和承载力。在采取了适当耐火保护方法后，加固结构具有了较强的抗火能力。在试验结果基础上，提出了用CFRP板对火灾后钢筋混凝土梁进行加固的方法。这种加固方法与试验结果相当吻合并具有很高的安全性。     

受火后钢筋RPC简支梁受力性能试验研究

为了研究受火后活性粉末混凝土(RPC)构件的力学行为及其变形性能,完成5根受火后钢筋RPC简支梁受弯试验,获得了梁的正截面剩余承载力、荷载 跨中位移曲线及裂缝发展规律,考察了配筋率、荷载水平、受火时间等因素对受火后钢筋RPC简支梁受力性能的影响,并将试验结果与常温下受力性能进行对比分析。结果表明：配筋率为220%~5.13%、受火时间135min时,受火后钢筋RPC简支梁均保持为适筋破坏,且配筋率越大,剩余承载力越高,荷载水平越高、受火时间越长,剩余承载力越低;通过简化计算模型得到受火后钢筋RPC简支梁正截面剩余承载力计算值,与试验值吻合较好;受火后配筋率不低于3.94%的各试验梁剩余承载力与常温下相比降低了10%左右,钢筋RPC简支梁受明火作用后的承载力损失较小。     

Numerical analysis on mechanical behavior of steel-concrete composite beams under fire

This paper investigated the fire behavior of steel-concrete composite beams (SCB) and partially encased steel-concrete composite beams (PEB) through numerical analysis. The numerical models established by the software ABAQUS were verified against experimental results. Parametric studies were performed to study the influences of load ratio, strength of concrete and steel, width of concrete slab, size of steel beam, fire protection layer, and degree of shear connection on the fire behavior of SCB and PEB. The analysis results show that the deformation stages of SCB and PEB under fire both go through four stages: elastic, elastic–plastic, plastic small deformation, and plastic large deformation. The web of SCB experiences a tension–compression–tension process under fire, and the bottom flange of PEB may even change from tension to compression at a lower load ratio. The failure mode of PEB, whether the concrete is crushed, depends on the load ratio. When SCB fails, the concrete is crushed and only the bottom flange of the steel beam yields. Under various parameters, the fire resistance of SCB is about 22 min, while the fire resistance of PEB is 82–93 min under a load of 0.4. When the load ratio increases from 0.2 to 0.6, the fire resistance of SCB decreases by 8 min, while that of PEB decreases by 110 min. To meet class I fire resistance rating under a normal service load ratio of 0.4, additional measures for PEB are still required, and at least 15 mm of fire protection layer is required for the steel beam of SCB. Finally, considering the temperature internal fore, a coefficient related to the fire time was introduced to modify the formula of ultimate flexural capacity of SCB and PEB, which showed good accuracy.     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱的抗震性能

通过2根未受火钢筋混凝土柱、2根受火后未加固钢筋混凝土柱和10根外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱的拟静力试验,考察了轴压比、剪跨比、钢管厚度及加固方式等参数对外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱抗震性能的影响情况,建议了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱受剪承载力的计算公式。结果表明：薄壁钢管加固可显著提高受火后混凝土柱的受剪承载力、极限变形和累计滞回耗能,且加固后试件的割线刚度与未受火试件相比相差较小。受火后剪跨比为1.78和3.0的混凝土柱加固后的承载力分别比相应的未加固柱的承载力提高了41.8%~47.0%和38.5%~74.4%。轴压比对加固后试件的受剪承载力、刚度、耗能能力和延性影响较大,对极限变形影响较小。薄壁钢管厚度对加固后试件的耗能能力影响较大,对受剪承载力影响较小。薄壁钢管根部焊接角钢并用螺栓锚固的方式可提高加固效果。     

The relationship between temperature behaviors and section factors of fire spray protection coated composite beams exposed to standard fire

Concrete-steel composite beams, when they are exposed to high temperatures, it increases the quantity of heat inside the composite beams that restrain temperature rise caused by concretes. As a result, composite beams appear to have better fire resistance efficiency than regular steel beams due to the integrated structure between materials. In the case of composite beams, the temperature rise of steel exposed externally is directly related to the shape of sections and the degree of exposure. In this study, fireproof spray coat, approved as fire resistant construction for composite beams and regular steel beams, are coated in the same thickness and exposed to standard fire conditions. Then, the relationship between temperature history of steel and section factors of composite beams, derived from the fire resistance test result, is compared and analyzed. As a result, we came to a conclusion that the steel temperature measurement results and section factors per material are closely related, and it suggests that a standard approval of fire resistant construction can be widely used, instead of getting approval for each member, if relatively better performance can be predicted by distinct condition of fire resistance efficiency of members.