高温下钢筋混凝土受力性能的试验研究

本文介绍钢筋混凝土材料及其构件和结构在高温(火灾)下受力性能的试验研究概况.给出的主要研究成果和重要现象有标准的火灾升温-时间曲线;构件截面上的温度分布;高温下混凝土和钢材(筋)的强度和变形性能的劣化规律;混凝土的温度-应力耦合本构关系;受弯构件、轴心和偏心受压构件在四面受火和三面受火情况的主要性能,包括破坏特征、极限承载力和耐火极限、变形、荷载-温度途径的影响以及各种影响因素的分析等;连续梁和框架等超静定结构的高温性能,包括破坏特征和机构、塑性铰的特点、内力重分布过程以及极限承载力和耐火极限等.     

高层钢筋混凝土框架结构耐火性能分析

本文建立了火灾下高层钢筋混凝土框架结构的有限元计算模型,研究了高温下框架结构的变形规律、结构的破坏机制、塑性铰分布规律、受火梁的内力以及耐火极限。分析表明,本文高层钢筋混凝土框架结构火灾下发生了框架局部破坏和框架整体倒塌两种破坏形态;框架局部破坏情况下,当发生破坏的框架梁位于框架高度中间时,框架的耐火极限较大,当发生破坏的框架梁位于框架顶部或底部时,框架的耐火极限较小。     

PC连续梁塑性设计的极限等效荷载平衡法

对于预应力混凝土连续梁的正截面承载力计算及内力重分布设计,探讨一种概念清楚、计算简捷的方法。提出了"极限等效荷载平衡"的概念,将预应力混凝土连续梁简化为承受轴向力和剩余使用荷载的普通钢筋混凝土梁。给出了极限承载力平衡法的极限承载力计算简图和计算公式。讨论了主弯矩、次弯矩、预应力轴力对极限承载力及塑性内力重分布的影响,对预应力混凝土连续梁内力重分布的试验数据进行了分析,并提出了内力重分布的弯矩调幅系数的建议值。     

三面受火情况下钢筋混凝土梁极限承载力的计算与分析

根据对火灾作用下钢筋混凝土梁可能破坏截面的应力、应变及内力分析的基础上,编制了火灾下钢筋混凝土梁截面极限承载力的计算程序.运用该程序对钢筋混凝土梁可能破坏截面的高温极限承载力的变化进行计算、分析,由此得出混凝土梁在火灾作用下极限承载力随时间下降变化的一般规律,可用于指导工程结构的耐火设计及火灾营救.     

高温下钢筋砼连续梁的破坏机构和内力重分布研究

通过对6根钢筋砼两跨连续梁进行高温试验,分析了连续梁的破坏特征、机构以及内力重分布情况.结果表明,在升温过程中,不但连续梁内力要发生剧烈的重分布,而且可能改变其破坏机构,与常温下具有显著的差异,塑性铰是一个可变铰.     

钢管混凝土框架柱耐火性能研究

建立了火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架的有限元模型,对不同火灾工况、不同位置的钢管混凝土框架柱的破坏形态、受力机理、内力重分布规律、耐火极限等进行了系统的分析。分析表明,火灾下钢管混凝土框架柱出现了两种典型的破坏形态:当框架柱位于非顶层时,由于柱顶转动约束较大,框架柱出现3个塑性铰成为机构而发生破坏;当框架柱位于顶层时,由于柱上端的转动约束较小,框架柱在中上部出现1个塑性铰而发生破坏。非顶层、同层火灾工况下,当框架柱受火情况相同时,随受火范围的扩大,由于内力重分布,火灾中破坏柱所受的压力较大,耐火极限较小。非顶层、同跨火灾工况下,随楼层增高,框架柱的轴压比减小,耐火极限增加。     

火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。     

均匀受火钢筋混凝土框架极限承载力分析

对火灾高温作用下钢筋混凝土梁、柱可能破坏截面的应力、应变及内力进引分析。在此基础上,编制了钢筋混凝土梁、柱在高温作用下截面极限承载力的计算程序。运用该程序对同时受到荷载和均匀受火条件下的简单框架梁、柱可能破坏截面的极限承载力的变化及其相互影响进行计算、分析和讨论,据此提出钢筋混凝土框架在均匀受火时也要像抗震设计一样尽量满足"强柱弱梁"的要求,即"耐火强柱弱梁"的延性设计原则,为火灾抗倒塌设计提供参考。     

自然火灾作用下钢筋混凝土框架结构性能分析

在考虑自然火灾的基础上,进行了局部火灾作用下框架结构传热分析和非线性分析,对其温度分布规律、内力重分布规律和变形规律进行了研究。传热分析表明,受火过程中,受火构件截面平均温度较低。分析表明,受火过程中,框架经历了明显的内力重分布,大多数截面的内力都经历了一个先增大后减小的过程,受火构件的热膨胀是内力重分布的主要原因;自然火灾作用下,框架结构没有达到耐火极限状态。     

三跨预应力混凝土连续梁弯曲性能试验研究

为了研究三跨预应力混凝土连续梁的弯曲性能、极限受力状态及内力重分布规律,进行了连续梁模型试验,详细记录了模型梁从加载到破坏的混凝土应变、钢筋应变、梁的变形、支座反力和梁的内力重分布随荷载的变化规律.结果表明:连续梁在各个截面均将发生内力重分布,重分布方向总是朝着非加载跨,且重分布的最大幅度并不一定出现在结构破坏时.     

高温下钢筋混凝土连续梁的受力性能试验研究

本文介绍6根钢筋混凝土两跨连续梁的高温试验,考察不同加载位置、荷载水平以及单跨或双跨加温等因素下连续梁的变形和内力随温度的变化规律,分析了连续梁的破坏特征和机构等.结果表明,在升温过程中连续梁发生剧烈的内力重分布,塑性铰是一个可变铰,而且可能改变其破坏机构,与常温下具有显著的差异.     

砖填充墙加固前后钢筋混凝土框架抗震性能试验

通过低周反复加载试验,研究了1个纯框架试件、4个填充墙框架试件和7个用夹板墙或碳纤维布加固填充墙后的框架试件的抗震性能,这些试件均为单层单跨钢筋混凝土框架。对各试件的破坏过程、破坏形态、承载力、极限变形、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、碳纤维布应变等进行了对比分析。试验结果表明:填充墙框架和填充墙加固后的框架一般发生剪切型破坏,与纯框架发生柱脚和梁端弯曲破坏的破坏模式有明显差异;填充墙框架的承载力明显高于纯框架,用夹板墙和碳纤维布X型粘贴加固填充墙能进一步明显提高框架的承载力,而碳纤维布水平粘贴加固填充墙对提高框架承载力的效果不明显。填充墙框架的极限变形能力比纯框架明显降低,填充墙框架的极限层间位移角仍能达到1/50,而填充墙加固后框架的极限层间位移角仅能达到1/80。     

轴心受压焊接H形钢短柱高温下局部稳定性能试验研究

为了研究Q235和Q460轴心受压焊接H形钢短柱高温下的局部稳定性能,采用恒温加载方式分别对6个Q235和6个Q460轴心受压焊接H形钢短柱试件进行常温和高温下的局部稳定性能试验,得到了常温和450、650℃下试件的翼缘和腹板局部稳定破坏形态,根据极限应变法和曲线拐点法确定试件在常温和高温下的临界荷载。采用我国现行《钢结构设计规范》和已有文献中关于局部稳定的计算方法计算试件的局部稳定临界应力,并和试验结果进行对比。研究表明：试件在高温下和常温下的破坏形态基本相同;与常温下局部屈曲承载力相比,高温下Q460高强钢试件的局部屈曲承载力较Q235普通钢试件下降幅度大;采用规范公式计算高温下焊接H形钢短柱翼缘和腹板的局部稳定临界应力与试验结果差别较大。     

Performance of cellular composite floor beams at elevated temperatures

This paper describes an experimental and numerical study at both ambient and elevated temperatures on the behaviour of full-scale composite floor cellular steel beams. A total of four specimens, comprising two different steel geometries and loading conditions were tested under monotonic loading and at elevated temperatures. All beams were designed for a full shear connection between the steel beam and the concrete flange using headed shear studs. The beams were designed to fail by web-post buckling, which was observed in all the tests. Failure temperature observed in the fire tests indicated that failure by web-post buckling of cellular beams in fire cannot simply be estimated by applying temperature dependent reduction factors on stiffness, as given in codes. A finite element model is then established with both material and geometrical non-linearity using shell elements to compare against the experimental results. The comparison between the finite element prediction and actual test results are quite good in terms of failure modes, load deflection behaviour and ultimate loads.     

火灾下钢框架结构非线性反应分析与试验研究

采用不平衡力法 ,进行火灾下钢框架结构非线性反应分析。该方法可模拟结构的实际升温过程 ,考虑材料非线性和几何非线性的影响 ,并可考虑截面温度的非均匀分布并介绍了最近完成的三榀钢框架抗火试验情况。通过试验进行分析 ,验证了方法的有效性和可靠性。     

框架填充墙结构侧向荷载作用受力分析

用有限元法建立有填充墙的钢筋混凝土框架结构有限元模型,分别对钢筋混凝土框架结构在有、无填充墙情况下,有侧向荷载作用时,进行受力特性和侧向刚度的分析研究和比较。分析结果表明,填充墙不但可以明显改善框架结构梁柱的的受力情况,而且可以有效提高框架的侧移刚度。     

火灾下凯威特单层球面网壳非线性分析

以凯威特K6型单层球面网壳为分析对象,采用火灾动力模拟软件FDS模拟大空间火灾温度场,利用有限元软件ANSYS进行火灾下结构的非线性分析,研究网壳结构在火灾高温下的极限荷载、结构的缺陷敏感性及失稳模态的影响因素和变化规律。结果表明,火灾中的网壳结构在升温初期以热膨胀为主,极限荷载增大,而后随着温度的升高,材料软化,极限荷载迅速降低;矢跨比、火源位置、支承条件及初始缺陷对火灾下网壳结构极限荷载的影响有较好的规律性;升温对网壳结构缺陷敏感性的影响与温度场分布有关;失稳模态在火灾迅速升温阶段会发生根本性的变化。     

带约束预制混凝土叠合板受火后抗弯性能的试验研究

进行带约束预制混凝土叠合板常温和受火后受弯性能的对比试验,研究升降温过程中截面温度场变化和不同受火时间自然冷却后极限荷载、初始弯曲刚度和延性系数的变化规律。结果表明：未受火预制混凝土叠合板和不同受火时间自然冷却后预制混凝土叠合板均发生弯曲破坏。带约束预制混凝土叠合板升温阶段截面温度场呈受火面温度高、背火面温度低的层状分布,降温阶段温度场呈内部温度高、外部温度低的圈状分布;随着受火时间增加,极限荷载和初始弯曲刚度均呈抛物线型下降;受火自然冷却后的残余挠度也明显增大。理论分析表明,经典塑形铰线理论适用于预制混凝土叠合板未受火试件和受火后试件极限荷载的计算;截面温度场和受火后极限荷载数值模拟结果均与试验结果吻合较好,可为预制混凝土叠合板的防火设计和火灾后鉴定评估提供依据。