带保护层方钢管混凝土柱耐火极限的试验研究

通过对3个方钢管混凝土柱按ISO-834和GB9978-88规定的标准升温曲线升温作用下耐火极限的试验,研究带保护层情况下方钢管混凝土柱的耐火性能和耐火极限.试验研究结果表明,火灾下方钢管混凝土柱的性能和圆钢管混凝土柱类似.由于钢管和混凝土的共同工作,且核心混凝土具有较好的吸热性能,从而使方钢管混凝土柱具有较好的耐火性能,在柱子外围只需进行适当的防火涂料保护,即可达到<GB50045-95高层民用建筑设计防火规范>对柱结构所要求的耐火极限.分析结果还表明,钢结构柱防火保护层厚度的确定方法,不适合于方钢管混凝土柱.研究成果可为有关方钢管混凝土工程防火设计提供参考.     

钢管高强混凝土轴压柱耐炎极限的试验研究

通过对5个圆形截面钢管高强度混凝土（以下简称钢管高强混凝土）柱的耐火试验，研究钢管高强混凝土柱在标准温升曲线下的力学性能和耐火极限。试验研究结果表明，钢管高强混凝土柱具有较好的耐火性能，在柱子外围只需进行适应的防火涂料保护，即可达到《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）对柱结构所要求的耐火极限。     

方形薄壁钢管混凝土柱的耐火性能研究

为研究薄壁钢管混凝土柱的耐火性能,进行4个方形薄壁钢管混凝土柱在标准升温曲线下的耐火试验。试验参数为荷载偏心率、是否设置加劲肋以及是否设置防火保护。基于试验结果,研究方形薄壁钢管混凝土柱在高温下的破坏模态、温度场分布和耐火极限,并将其耐火性能和普通钢管混凝土柱进行比较。试验结果表明,方形薄壁钢管混凝土柱具有较好的耐火性能。     

钢管混凝土十字形截面柱耐火性能试验研究

结合钢管混凝土结构和异形柱结构的特点,提出一种由钢管混凝土芯柱和翼柱构成的钢管混凝土十字形截面柱。为研究该钢管混凝土十字形截面柱结构的耐火性能,完成了5个钢管混凝土十字形截面柱足尺试件在ISO 834标准升温曲线下的明火受火试验,研究了轴压比和防火涂层厚度对该钢管混凝土十字形截面柱在高温作用下的破坏形态、轴向变形和耐火极限等性能的影响规律。结果表明,试件轴压比越大,耐火极限越短;防火涂层厚度越厚,耐火极限提高越明显。通过与现行防火规范计算结果的对比发现,该钢管混凝土十字形截面柱具有良好的耐火性能,在防火涂层厚度为10 mm时,试件耐火极限可以达到190 min。在相同耐火极限下,该钢管混凝土十字形截面柱所需防火涂层厚度约为规范建议的纯钢管柱防火涂层厚度的22%。     

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.     

钢管混凝土叠合柱耐火性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱火灾下的温度特性和力学性能,进行了4个钢管混凝土叠合柱试件的耐火极限试验,分析了试件在试验中的温度场分布、耐火极限、轴向变形和失效模式;基于ABAQUS有限元分析软件建立钢管混凝土叠合柱温度场和火灾下力学性能分析模型,模型分析结果与试验结果符合较好;在此基础上,利用该模型对影响钢管混凝土叠合柱耐火性能的主要参数进行分析。研究结果表明:钢管外的混凝土显著延缓了热量向钢管及其内部核心混凝土的传递,核心钢管混凝土部分承载力损失较小;由于各部分材料之间的相互作用,延缓了核心混凝土的损伤,避免钢管的局部屈曲,也使得破坏时钢管混凝土叠合柱仍具有较好的整体性;轴压比、截面尺寸、截面核心面积比和长细比是影响钢管混凝土叠合柱耐火极限的主要因素;基于此类参数提出钢管混凝土叠合柱耐火极限的实用计算式,与有限元分析结果和试验结果均符合较好,可为实际工程中该类构件的抗火设计提供参考。     

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。     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

钢管混凝土柱的抗火措施

在以往对钢管混凝土柱耐火极限试验研究和理论分析的基础上,针对在钢管混凝土柱外包防火涂料和在核心混凝土中配置专门考虑抗火的钢筋两种防火设计方法进行了研究,在规范ISO-834或GB9978—88《建筑构件耐火试验方法》规定的标准升温曲线升温作用下,分别提供了两种抗火措施下钢管混凝土柱的实用设计方法,并将公式结果与数值结果和试验结果进行对比,均吻合较好。     

双层钢管自密实混凝土短柱的耐火试验

双层钢管混凝土是一种新型钢-混组合结构,可用于制作高层建筑的柱。自密实混凝土使用方便,可确保双层钢管混凝土短柱的质量。对双层钢管混凝土短柱耐火性能的研究很少,这对于其在高层建筑中的应用非常重要。为研究双层钢管自密实混凝土短柱及双层钢管纤维增强自密实混凝土短柱的耐火性能,进行了标准耐火试验。研究失效模型、温度分布、临界温度及耐火极限承载力,结果表明,纤维对温度分布无影响;增大混凝土厚度或管周长能降低双层钢管自密实混凝土柱的温度;钢纤维能提高60%的耐火极限承载力;双层钢管混凝土的临界温度高于钢管或钢管混凝土。     

圆钢管及钢管混凝土柱的抗火设计

分别对圆钢管、钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土柱进行了抗火设计,并对结果进行比较分析。结果表明,在较高荷载比下柱的耐火极限不能满足实际要求,必须进行防火保护。在相同条件下,耐火极限从大到小排序为:圆钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土、钢管柱。在一级耐火等级下,钢管混凝土柱和中空夹层钢管混凝土柱需要厚涂型钢结构防火涂料的厚度可比钢管柱分别少55%和18%以上。随着荷载比的减小或截面尺寸的增加,柱的耐火极限提高,需要的保护层厚度减小。对于钢管混凝土柱,若采用水泥砂浆保护层,其厚度是防火涂料的3倍及以上。     

Fire performance of self-consolidating concrete filled double skin steel tubular columns: Experiments

An investigation into the fire performance of self-consolidating concrete (SCC) filled double skin tubular columns (CFDST) during the standard fire test is reported. Six full size SCC filled CFDST columns were designed for the fire tests. Detail failure modes of overall specimens and each component in the columns as well as temperatures, deformation and fire endurance were presented. Fire performance of the CFDST columns were studied through analysis of the limiting temperature of the outer tube, composite action between steel and concrete and effect of a number of parameters on the fire endurance. It showed that the limiting temperature in the CFDST columns is significantly higher than that in concrete filled steel tubular (CFST) columns or critical temperature in steel structural components. Strong evidence was found to prove the existence of composite action between steel and concrete in the CFDST columns during fire exposure. Effect of a number of parameters on the fire endurance of the composite columns was identified. Investigation into the fire performance of the columns also reveals possible solutions to improve the fire resistance of CFDST members.     

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。     

双钢管混凝土复合柱的耐火性能及参数影响分析

双钢管混凝土复合柱在普通钢管混凝土柱基础上设置了内部钢管,由于内管受到外层混凝土的高温保护,因此其耐火性能得到改善。文章通过精细化数值模拟方法对此类双钢管混凝土复合柱的耐火性能开展研究,全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,并且对比分析了在相同的含钢率条件下不同截面组合型式（内圆外圆、内方外圆和内圆外方）双钢管混凝土短柱的耐火极限。结果表明：在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径,都有利于耐火极限的提高;在保持整体含钢率不变的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;另外,双钢管混凝土复合柱的耐火性能比普通钢管混凝土柱有较大提高。     

钢管混凝土柱的防火保护层厚度

文章论述了在规范ISO834或GB9978-88规定的标准升温曲线升温作用下钢管混凝土柱耐火极限的影响因素,给出了不同耐火极限情况下防火保护层厚度的确定方法,说明了在进行钢管混凝土柱的抗火设计时,只需进行适当的防火涂料保护,即可达到《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）对柱结构所要求的耐火极限。《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）中规定的对钢结构柱防火保护层厚度的确定方法不适合于钢管混凝土。     

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。     

三面受火的矩形钢管混凝土柱受力机理与耐火极限

受火边界作为研究结构构件抗火性能的基本前提条件之一,对结构构件抗火性能有着显著影响。已有钢管混凝土柱相关研究多假设其四面均匀受火,则针对实际结构中可能出现的三面受火这一情况,对矩形钢管混凝土柱进行抗火性能理论研究。分析了三面受火的矩形钢管混凝土柱温度场和耐火极限,以及高温全过程的构件受力机理,且与四面受火的矩形钢管混凝土柱进行了对比分析。研究表明:三面受火时构件截面的整体温度比四面受火时有显著降低,且三面受火时耐火极限高于四面受火;三面受火构件在高温全过程中轴向变形趋势与四面受火类似,而侧向变形可能会发生反转。     

钢管再生混凝土柱承载力及抗火性能研究

通过试验和理论对空、实心钢管再生混凝土柱的极限承载力做了研究,研究表明,实心钢管再生混凝土短柱可以采用实心钢管普通混凝土短柱的极限承载力计算公式。空心钢管再生混凝土长柱的承载力与再生混凝土弹性模量有关。火灾试验表明,钢管再生混凝土长柱的耐火性能要优于钢管普通混凝土,根据试验提出了钢管再生混凝土柱耐火时间的计算公式。