轴心受压部分包裹混凝土十字形组合柱耐火性能研究

部分包裹混凝土异形组合柱可避免室内凸柱问题的出现,但由于型钢翼缘外露和截面形状系数大,其抗火性能较差。为考察常用的十字形部分包裹混凝土组合（PEC）柱的耐火性能,采用ABAQUS有限元分析软件建立了轴压下十字形PEC柱的温度场及热力学分析模型。在已有相关试验数据验证模型可靠性的基础上,分析了十字形PEC柱的升温过程、受力机理和破坏模式,并与矩形PEC柱进行对比。之后详细研究了荷载比、长细比、截面尺寸和受火方式等对轴压下十字形PEC柱耐火性能的影响规律。结果表明：相比于矩形PEC柱,十字形PEC柱升温速度更快,耐火性能更差;十字形PEC柱耐火极限随荷载比、长细比的增加而显著降低,随截面尺寸的增大而显著提高;型钢翼缘受火对十字形PEC柱耐火极限的影响远大于混凝土表面受火的影响,但型钢翼缘不受火时,十字形PEC柱的耐火极限随混凝土受火面积的增大基本呈线性降低。基于参数分析给出了四周受火十字形PEC柱耐火极限的简化计算方法,计算结果与模拟结果吻合良好。研究结果可为异形PEC构件的抗火设计提供依据。     

方钢管混凝土柱耐火极限影响因素分析

研究了方形截面钢管混凝土柱的耐火性能 ,分析了材料强度、构件截面含钢率、截面尺寸、构件长细比及荷载偏心距、保护层厚度等参数对构件耐火极限的影响。结果表明 ,材料强度、构件截面含钢率、荷载偏心距对方形截面钢管混凝土柱耐火极限的影响不大 ;截面尺寸、构件长细比对方形截面钢管混凝土柱耐火极限的影响较大 ,且截面尺寸越大 ,构件耐火极限越长 ,长细比越大 ,构件耐火极限越短。并指出可以通过涂以一定厚度的防火涂料保证方形截面钢管混凝土柱达到要求的耐火极限     

H型钢混凝土柱的抗火性能数值模拟分析

火灾下型钢混凝土柱的抗火性能对结构整体抗倒塌能力影响重大。本文应用有限元软件ABAQUS对四面受火的型钢混凝土柱进行热-力耦合分析,考虑截面尺寸、含钢率、配筋率、轴压比、长细比和荷载偏心率等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,得出结论:截面尺寸、含钢率、轴压比、长细比和荷载偏心率对型钢混凝土柱抗火性能影响较大,配筋率对型钢混凝土柱抗火性能影响有限。     

方钢管混凝土组合柱抗火性能分析

利用ABAQUS有限元软件,采用顺序热力耦合分析方法,建立方钢管混凝土组合柱耐火性能的有限元分析模型,并通过试验验证模型的可靠性。在此基础上,对影响方钢管混凝土组合柱耐火极限的主要因素进行深入分析。结果表明:混凝土的截面面积、荷载比、长细比及防火保护层厚度是影响组合柱高温下受力性能的重要因素。在有效的防火保护下,组合柱能承担更大的轴向力,比圆截面、方截面柱更具优势;荷载比越大,组合柱耐火极限越低,轴压比小于0. 5时影响更为显著。     

四周受火异形截面部分包覆钢-混凝土轴压组合柱耐火性能试验研究

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一，因其型钢翼缘外露，故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能，以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱，开展了恒载升温试验，得到火灾下异形截面PEC柱的破坏模式、竖向与侧向变形-时间关系曲线和耐火极限，并分析其温度场分布与变形规律。研究结果表明：随着火灾下截面损伤增加，L形及T形截面PEC柱逐渐由轴压受力状态分别转为双向及单向偏压受力状态，十字形截面PEC柱仍保持轴压受力状态；在上端球铰和下端单向铰边界条件下，L形截面PEC柱发生双向弯曲失稳，T形截面PEC柱发生平面外弯曲失稳，十字形截面PEC柱发生平面内弯曲失稳；在轴压比为0.4、没有防火保护条件下，L形截面PEC柱耐火极限为41 min, T形截面和十字形截面PEC柱耐火极限分别为32.5 min和29 min;当轴压比由0.4增加至0.55时，十字形截面PEC柱耐火极限降低了28.7%。借鉴EN 1994-1-2中建议的四周受火规则截面PEC柱高温承载力简化计算方法，对异形截面PEC柱高温承载力进行计算，计算结果偏保...     

异形钢管混凝土柱的耐火性能研究

建立圆形、正方形、圆端形、六边形钢管混凝土柱在火灾下的有限元模型,利用现有试验结果验证有限元模型.基于该模型,研究保护层种类、保护层厚度、截面形状和截面周长等参数对钢管混凝土柱耐火极限的影响.分析表明,试件耐火极限随着保护层厚度和截面周长的增加而增大.厚涂型涂料的防火效果优于砂浆的防火效果.在长细比和截面周长相同的情况下,圆端形钢管混凝土柱的耐火极限高于圆形钢管混凝土柱;六边形钢管混凝土柱的耐火极限优于方钢管混凝土柱;绕强轴破坏的耐火极限略低于绕弱轴破坏的情况.基于周长等效原则,可将圆端形(或六边形)钢管混凝土柱视为圆形(或正方形)钢管混凝土柱进行抗火设计.     

三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限分析

为研究三面受火方中空夹层钢管混凝土柱的抗火性能,通过ABAQUS有限元软件建立了三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱有限元模型,并将计算结果与试验数据进行对比,结果吻合良好。利用所建立的模型分析了构件在三面受火条件下的温度场与受力机理,并分析了常见参数对三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的影响,提出了三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的简化计算公式。结果表明,在荷载比为0.4～0.8、长细比为20～50、截面尺寸为400～1 000 mm常用参数范围内,荷载比、长细比、截面尺寸和荷载偏心率是构件耐火极限的主要影响参数,荷载比和长细比越小,截面尺寸越大,构件耐火极限越大。当0≤e/r_0≤0.4时,荷载偏心率对构件的耐火极限影响较大,耐火极限最大可比轴压时高50%。     

冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁抗火性能参数分析

基于ANSYS热分析结果,建立冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁在标准火灾作用下的热-结构耦合有限元计算模型,对荷载水平、混凝土强度、槽钢截面几何尺寸、防火涂层厚度、加载位置和加载方式等不同影响因素下的组合梁抗火性能进行有限元分析。结果表明：防火涂层厚度和荷载水平对组合梁抗火性能的影响显著,槽钢截面腹板高度和腹板厚度次之,混凝土强度、加载位置、加载方式和槽钢翼缘厚度等因素对组合梁的抗火性能影响很小,可以忽略不计;防火涂层厚度一定时,组合梁的耐火极限随荷载水平的提高而降低;荷载水平一定时,组合梁的耐火极限随防火涂层厚度的增加而呈非线性提高;填充混凝土可有效降低钢梁截面的温度,产生温升延时效应,在升温前期,冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁的温度低于未填充混凝土的型钢梁,降幅可达15％~60％。在ISO-834标准火灾作用下,组合梁跨中挠度 δ=l/25 可作为其达到耐火极限的判别标准。     

新型装配式混凝土框架节点抗火性能有限元分析

为考察一种新型装配式混凝土框架节点的抗火性能,采用有限元分析软件ABAQUS进行模拟火灾分析,研究柱轴压比、梁荷载比、轴压偏心率、混凝土保护层厚度、节点连接螺栓直径对节点抗火性能影响。结果表明,所有分析节点耐火极限均能满足规范要求,且在火灾中均以梁变形过大失效;在接近耐火极限时,节点变形速度明显增大,破坏具有突然性;分析参数中,耐火极限随轴压比、荷载比、偏心率的增大而减小,随混凝土保护层厚度、螺栓直径增大而增大,其中轴压比、偏心率和混凝土保护层厚度的变化对耐火极限影响较大。     

圆形和方形截面钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能对比分析

为研究圆钢管与方钢管约束钢筋混凝土柱火灾下力学性能的差异,采用ABAQUS软件建立圆形和方形截面钢管约束钢筋混凝土柱温度场和耐火极限的有限元分析模型,以截面尺寸、荷载比和长细比等为参数,分析了截面温度的分布规律以及不同参数对耐火极限的影响,比较了圆钢管和方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的差异。研究结果表明:相同截面形状系数(单位长度构件外表面直接受热面积与其体积的比值)下,方钢管与圆钢管约束钢筋混凝土柱的截面温度分布规律类似,方形截面内部混凝土的温度较圆形截面相同位置处的略低,前者的耐火极限高于后者,且构件长细比与荷载比越小,二者耐火极限差距越显著;当长细比为30时,对于荷载比不超过0.5且截面边长不小于600mm的方钢管约束钢筋混凝土柱,其耐火极限可达到或超过柱类构件一级耐火极限3h的要求,而对于圆钢管约束钢筋混凝土柱,仅当荷载比更小且截面直径更大时,才能满足这一要求。     

新型卷边薄壁钢板组合截面柱的非线性有限元分析

为研究新型卷边钢板组合截面柱(PEC)构件受力性能,采用ABAQUS软件,建立有限元分析模型,对6个PEC柱试验试件进行有限元模拟研究,通过位移-荷载曲线和破坏模态的分析,得出PEC柱腹板厚度、PEC柱构件长细比、PEC柱构件加密区等设计参数对PEC柱受力性能的影响规律。结果表明:翼缘与腹板的厚度决定构件的破坏模态;构件高宽比影响试件的承载能力;加密区间距和长度一定程度上影响构件的整体性。     

新型轻钢复合墙体承重抗火试验及其墙柱热翼缘温升简化计算研究

提出以蒸压加气混凝土(ALC)板与玻特(CS)板作为覆板组合、以钢蒙皮和钢带作为墙板拼缝保护措施的新型轻钢复合墙体构造,开展了ALC板-CS板覆面的新型构造轻钢复合墙体足尺模型承重抗火试验。将轻钢复合墙体受火侧由不同覆板组合而成的防火构造简化为一层均质防护层,提出均质防护层的等效热物理参数(包括厚度、比热容、密度和导热系数)简化计算方法。根据能量守恒原理以及有限差分方法,提出ALC板-CS板覆面轻钢复合墙体的墙柱热翼缘受火温升简化增量表达式。结果表明:ALC板-CS板覆面轻钢复合墙体在0.27荷载比率条件下发生高温承载力失效的耐火极限达到197 min,表现出优异的耐火性能; 提出的温升简化增量表达式预测结果与有限元模拟结果吻合良好,可以用于确定轻钢复合墙体的耐火极限。     

SRC和RC柱耐火性能和抗火设计的若干问题探讨

扼要介绍了影响型钢混凝土SRC和RC钢筋混凝土柱耐火极限的可能因素主要有截面尺寸、构件长细比、火灾荷载比、截面配筋率、截面含钢率、荷载偏心率、截面高宽比、钢材和混凝土强度等的几何参数、物理参数和荷载参数等对SRC和RC构件.构件耐火极限的影响规律,探讨了SRC和RC柱耐火性能和抗火设计中的若干问题。     

单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱耐火极限

为研究单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火灾作用下单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱有限元模型,相关试验验证之后、分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析取代率、混凝土强度、荷载比、含钢率、荷载偏心率、荷载角、配筋率、截面尺寸和钢材强度等参数对构件耐火极限的影响规律。结果表明：荷载偏心率和荷载角对构件耐火极限影响较为复杂,当荷载角为180°时,荷载偏心率由0.2增加到0.4,构件耐火极限增加11.2%;当荷载偏心率为0.8时,荷载角由0°增到90°,构件耐火极限降低32.2%;荷载比和截面尺寸对构件耐火极限影响明显,当含钢率为5.33%时,荷载比由0.4增到0.5,其耐火极限降低37.1％;当钢材强度为Q345时,截面尺寸由200mm增到300mm时,构件耐火极限增加66.73%。基于上述规律并结合计算结果给出了单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限简化计算式,可为该类柱抗火设计提供参考。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

超高强混凝土型钢组合柱抗火性能试验研究

为研究型钢保护层厚度、柱截面尺寸、荷载比、长细比和箍筋间距对超高强混凝土型钢组合柱高温承载力的影响,开展了14根纤维增强120MPa混凝土型钢组合柱在ISO 834标准升温曲线下的承载力试验。组合柱高温破坏现象和竖向位移历程表明：体积掺量0.15%的聚丙烯纤维能够有效防止超高强混凝土的高温爆裂;随着长细比的增加,组合柱从截面强度破坏转变为屈曲破坏。总体上,竖向位移历程曲线可分为受火初期膨胀阶段、后继的压缩变形稳定增长阶段和破坏前的压缩变形急剧增长阶段。纤维增强120MPa混凝土型钢组合柱的耐火极限随着长细比和荷载比的增加而降低;随着截面尺寸和型钢保护层的增加而增长;双肢箍间距在80~150mm范围变化,对耐火极限的影响较小。对比耐火极限的试验值和EN 1994-1-2及规程DBJ/T 15-81—2011简化计算方法的建议值发现,EN 1994-1-2的计算值低于试验值30%~186%,规程DBJ/T 15-81—2011的计算值与试验值偏差为-49%~16%。因此,现行规范不适用于预测120MPa混凝土型钢组合柱的耐火极限。     

Fire safety design method of circular steel tube confined reinforced concrete columns

对于钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究,目前尚无抗火设计方法可供参考。实际工程中大多借鉴钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火设计方法,但由于钢管约束钢筋混凝土柱的受力机理与二者不同,其耐火极限存在明显差异。为此,提出了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限计算方法,分析了荷载比、长细比等因素对耐火极限的影响,并与钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行了对比。研究表明：荷载比对圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越低;长细比、截面尺寸等因素对荷载比较小的构件影响显著。圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限为相同条件下钢筋混凝土柱的14.4%~66.0%,荷载比越大,两种构件的差异越大,按照钢筋混凝土柱的防火设计方法对圆钢管约束钢筋混凝土柱进行防火设计,结果偏于不安全;与钢管混凝土柱相比,钢管约束钢筋混凝土柱具有更高的耐火极限,是钢管混凝土柱的1.0~3.0倍。     

空心钢管混凝土及中空注水构件的防火性能研究

通过有限元方法对具有相同外钢管尺寸的不同空心率的钢管混凝土,在不同的火灾荷载下的耐火性能进行分析,并对中空注水影响空心钢管混凝土的耐火性能进行研究.结果表明:火灾荷载比较大时,钢管混凝土构件的耐火时间随着空心率的增加先增加后减小;火灾荷载比较小时,构件的耐火时间随着空心率的增加基本呈线性减小.在火灾荷载比较大时,中空注...     

轻质防护的装配钢柱耐火性能试验研究

为研究装配式钢结构柱的耐火性能,开展不同壁厚的方钢管柱在不同防火保护方式、不同荷载比、轴心及偏心受力情况下的耐火性能试验,分析了装配钢柱火灾下的试验现象、破坏形态,探讨了钢柱壁厚对升温的影响、防火保护对耐火极限的影响、钢柱变形特点及耐火极限,对装配式钢结构防火保护提出建议。