震损后圆钢管混凝土柱耐火性能有限元分析

为研究圆钢管混凝土柱经历地震损伤后的耐火性能,选取了合理的地震损伤指数及材料本构模型,采用有限元分析软件ABAQUS,对钢管混凝土柱在往复荷载和火灾等不同工况下的试验进行了数值模拟验证。在验证模型可靠性的基础上,利用ABAQUS中的数据传递功能,建立了震损后圆钢管混凝土柱耐火极限有限元计算模型。以圆钢管混凝土典型轴心受压柱为分析对象,对其先后经历地震和火灾作用下的破坏形态、损伤机理进行了分析,研究了损伤指数对圆钢管混凝土柱震后耐火极限的影响。结果表明:震损后圆钢管混凝土柱在高温下的破坏形态是在前期地震损伤基础上的发展和蔓延;地震损伤指数是影响圆钢管混凝土柱震后耐火极限的重要参数,随着地震损伤指数增大,圆钢管混凝土柱的耐火极限有所减小。     

Finite element analysis of concrete-filled circular steel tubular columns subjected to post-earthquake fire

为研究圆钢管混凝土柱经历地震损伤后的耐火性能,选取了合理的地震损伤指数及材料本构模型,采用有限元分析软件ABAQUS,对钢管混凝土柱在往复荷载和火灾等不同工况下的试验进行了数值模拟验证。在验证模型可靠性的基础上,利用ABAQUS中的数据传递功能,建立了震损后圆钢管混凝土柱耐火极限有限元计算模型。以圆钢管混凝土典型轴心受压柱为分析对象,对其先后经历地震和火灾作用下的破坏形态、损伤机理进行了分析,研究了损伤指数对圆钢管混凝土柱震后耐火极限的影响。结果表明：震损后圆钢管混凝土柱在高温下的破坏形态是在前期地震损伤基础上的发展和蔓延;地震损伤指数是影响圆钢管混凝土柱震后耐火极限的重要参数,随着地震损伤指数增大,圆钢管混凝土柱的耐火极限有所减小。     

日照作用下圆钢管混凝土柱截面温度场分析

以湖南黄花国际机场新航站楼为原型,分析了圆钢管混凝土柱在日照作用下的截面温度场。并采用ABAQUS软件对不同直径的圆钢管混凝土在角柱和边柱受热工况下的截面温度场进行数值模拟。研究结果表明,在相同受热工况下,不同直径圆钢管混凝土柱的截面温度分布规律相近,角柱与边柱沿受热方向的截面温度分布规律相近,大直径柱以及边柱由于受热面积大导致截面平均温度较高。在此基础上,拟合得到角柱和边柱在日照作用下的截面温度场分布模式,计算值与有限元分析值吻合良好。     

耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能分析

迄今为止,国内学者研究较多的是普通钢管混凝土柱的耐火性能,而对耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能研究报道较少。通过利用ANYSY有限元软件对普通圆钢管混凝土柱在火灾升温曲线下温度场的模拟,采用数值计算方法求解普通圆钢管混凝土柱耐火极限,与试验结果吻合很好。将普通钢管替换为耐火钢,研究耐火圆钢管混凝土柱耐火极限,并与普通圆钢管混凝土柱对比,发现在一定受火时间内耐火圆钢管混凝土柱耐火极限明显提高。     

钢骨混凝土核心柱温度场及高温后剩余承载力性能研究

首先,在合理建立室内火灾传热模型的基础上,利用有限单元法给出了内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱高温下温度分布的数值计算方法,并编制了有限单元法的计算程序,通过与所进行的火灾试验对比分析,验证了分析理论及计算程序的正确性;其次,在确定核心柱截面温度场分布后,通过非线性有限元方法和数值积分方法,编制了计算火灾后核心短柱剩余轴压承载力的程序;最后,通过对2根核心柱的高温后承栽力试验,验证了理论计算的正确性。理论计算和试验结果都表明,内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱在遭受火灾后承载力降幅较小且承载力曲线下降缓慢,表明其具有良好的抗火性能。     

圆钢管混凝土柱耐火极限影响因素灰色关联分析

为分清圆钢管混凝土柱耐火极限影响因素的主次关系,基于国内外18根圆钢管混凝土柱耐火极限试验研究资料,采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法,对影响圆钢管混凝土柱耐火极限的因素进行灰色关联度分析计算和排序.结果表明,各关联因素对圆钢管混凝土柱耐火极限影响程度的大小排序依次为:防火保护层厚度、火灾荷载比、截面尺寸、构件长细比...     

空心圆钢管混凝土柱延性系数的研究

主要研究了空心圆钢管混凝土柱的抗震延性性能,用有限元软件ABAQUS对空心圆钢管混凝土柱在低周反复荷载的下受力性能进行了模拟,并绘出它的p-△的骨架曲线,根据骨架曲线,提出延性系数计算模型,并利用简化模型对空心圆钢管混凝土柱的延性系数进行了研究,分别得出了轴压比、长细比、空心率、钢材强度、混凝土强度、含钢率对延性系数的影响.根据研究结果,可以得到空心圆钢管混凝土柱的延性的变化规律,这些规律,为以后的空心钢管混凝土柱的抗震设计提供了参考和依据.     

往复荷载作用下的圆钢管混凝土柱有限元分析

在选取合理的材料本构模型、单元类型、接触设置和网格划分等关键参数的基础上,利用ABAQUS建立了圆钢管混凝土柱计算模型,对其进行了往复荷载下的有限元分析,得到了圆钢管混凝土柱的滞回曲线。将计算结果与试验结果进行对比得知两者的滞回曲线吻合较好,验证了模型的正确性,因此,提出一些关键参数选取的建议,可为相似问题的圆钢管混凝土柱有限元分析提供参考。     

碳纤维增强复材部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能

为了揭示碳纤维布(CFRP)部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压性能,对7根CFRP包裹圆钢管混凝土短柱和1根圆钢管混凝土短柱进行了轴压试验。通过ABAQUS软件建立了轴压作用下CFRP包裹圆钢管混凝土短柱的数值分析模型,考虑了界面之间复杂接触关系和材料特性,开展了轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱力学性能的参数分析,研究了主要参数对CFRP包裹钢管混凝土短柱轴压承载力和初始轴向刚度的影响,揭示了其典型破坏模式。研究结果表明:轴压作用下CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的破坏模式主要包括CFRP断裂、钢管局部屈曲和核心混凝土局部压溃; CFRP部分包裹圆钢管混凝土短柱的轴压承载力随着材料强度、包裹层数和柱截面面积的增加而增大;其初始轴向刚度随着混凝土强度和柱截面面积的增大而逐渐增大。     

火作用下钢管约束钢筋混凝土柱温度场分析

为得到火作用下圆钢管约束钢筋混凝土柱的温度分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火作用升温条件下钢管约束钢筋混凝土柱截面温度场计算模型,分析了升温时间、含钢率、钢管直径、钢管材料类型(普通钢和耐火钢)及纵筋保护层厚度等参数对截面温度场的影响。分析结果表明,升温时间、钢管直径对截面温度场影响较大,而含钢率、钢材种类、混凝土强度以及纵筋保护层厚度对截面温度场的影响较小。基于有限元分析结果,对比了已有的ISO-834标准火作用下组合柱的温度场简化计算式,对比结果表明:已有简化计算式可较准确地计算钢管的温度,但不能较准确地计算钢筋和混凝土的温度。     

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。     

钢管高强混凝土柱温度场的非线性有限元分析

在合理地确定了火灾情况下钢管高强混凝土柱受火模型的基础上 ,利用有限元法计算钢管高强混凝土在火灾情况下的温度场。计算结果与试验结果吻合良好 ,并考虑了不同保护层厚度 (混凝土和防火涂料 )及不同直径对钢管混凝土温度场的影响 ,从而为进一步研究钢管高强混凝土的耐火极限和高温下的力学性能创造了条件     

轻钢-混凝土组合梁抗火计算方法

应用ANSYS软件计算了轻钢-混凝土组合梁截面在标准升温模式下的温度场，并分析了各参数对截面温度场的影响；然后利用其后处理功能将温度场计算结果导入轻钢-混凝土组合梁抗火计算程序，对其抗火全过程曲线和抗力折减系数进行了分析。结果表明：由于混凝土的热作用，钢梁的温度明显低于无混凝土时的裸钢构件；影响全过程曲线和抗力的折减系数的主要参数是梁高和钢梁厚度，而其它参数影响较小；抗力折减系数的变化在后期比前期剧烈一些。     

火灾后方钢管钢筋混凝土短柱承载力分析

在确定了ISO-834标准火灾作用后钢材和混凝土应力应变关系的基础上,首先利用ABAQUS有限元软件建立火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱温度场及力学分析模型,计算结果得到以往试验结果验证。然后分析了截面边长、配筋率、受火时间、含钢率、材料强度等参数对火灾作用后钢管钢筋混凝土短柱承载力的影响规律,结果表明,受火时间、截面边长是影响其承载力的主要因素。最后提出了火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱承载力的理论公式, 为其灾后修复和加固提供参考。     

蔓延火灾下钢框架结构抗火性能试验研究

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律,对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验,测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段,受火70min时室内火灾达到全盛,测得火灾烟气层最高温度730℃;受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间,导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻,同时,各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段,呈现反复升降温的受火过程;受火过程中,钢构件温度变化显著滞后于火场温度,受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比,蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围,对结构安全和人员安全造成更大威胁,因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

Research on fire resistance test of a steel frame building under spreading fire

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律，对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验，测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段，受火70min时室内火灾达到全盛，测得火灾烟气层最高温度730℃；受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间，导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻，同时，各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段，呈现反复升降温的受火过程；受火过程中，钢构件温度变化显著滞后于火场温度，受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比，蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围，对结构安全和人员安全造成更大威胁，因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

火灾下钢结构构件的温度分析

对火灾下不同情况的钢结构构件的温度进行了分析 ,给出了高温下有轻质保护层的钢构件和有非轻质保护层的钢构件的温度计算公式。通过假设温度场的轮廓和保护层的周边形状相一致 ,将有非轻质保护层的钢构件的二维热传递问题简化为一维 ,并与二维方法进行了对比 ,还给出了局部火灾下钢梁的简单计算方法。此外 ,通过对HEB14 0和HEB2 0 0两种不同的钢柱被覆10mm和 2 0mm两种不同厚度硅酸钙板保护层的试验 ,从理论上模拟了其在火灾中的温度反应。     

Stability analysis of large‐span steel truss structure under local cooling from fire extinguishing system

In case of a fire in large‐span steel structure buildings, the firefighters usually use water to cool the steelwork. However, during the cooling by the spraying water, the collapse of these structures is unclear. In this paper, a large‐span center is taken as an example to study the overall mechanical response process under local cooling conditions in fire. The Fire Dynamics Simulator has been used to investigate the temperature field distribution rule of large‐span buildings under fire. Using the coupled thermal‐mechanical method to study the overall mechanical response process of steel structure under local abrupt drop in temperature, displacement and stress variations of the large‐span steel structure under local cooling have been analyzed. Results of this study show that the temperature distribution in large‐span structures is nonuniform in fire. Using spraying water to cool the structural members in fire can cause the structural stress field redistributed that may lead to further damage to the structure.     

单层单跨钢框架抗火性能的试验研究

本文对2榀H型钢单层单跨钢框架进行抗火性能的试验研究。试验采用足尺试件,钢梁长3400mm,钢柱高3200mm,混凝土板宽1000mm。试验中考虑不同受火工况对钢框架抗火性能的影响。通过试验得出了梁、板、柱温度场变化规律和钢框架变形情况。试验结果表明:火灾下,由于钢筋混凝土板的存在,钢梁沿截面高度各点温度不一致,即钢梁沿截面高度存在温度变化的温度场;梁柱全部受火的单层单跨钢框架(节点受到保护)破坏方式为钢柱压屈破坏,破坏位置在受到保护的钢节点下部的钢柱上。本文研究结果为今后钢结构抗火性能的进一步研究提供参考数据。     

建筑结构用耐火钢性能及涂料涂覆减薄研究

对采用Nb、Ti、Mo复合微合金体系优化设计的345MPa级耐火钢常温、高温下的力学性能进行研究。结果表明,优化后的345MPa级耐火钢有较低的屈强比与良好的高温力学性能。对普通Q235钢梁与345MPa级耐火钢梁进行不同厚度涂料涂覆和耐火测试,对钢结构防火涂料的涂覆减薄进行研究。结果表明,在同等防火涂料涂覆条件下,345MPa级耐火钢耐火极限高于普通Q235钢梁,耐火极限的提高主要由于软化温度的提高。345MPa级耐火钢在涂料涂覆减薄的条件下,满足北京2022冬奥会滑雪大跳台裁判塔二级防火设计要求。