钢桁-混凝土组合结构桥梁耐火性能研究

为研究钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能，选取公路交通简支下承式钢桁-混凝土组合结构桥梁为研究对象，建立了经试验验证的钢桁-混凝土组合结构桥梁三维实体非线性分析模型，研究其在桥下(下部)和桥面(上部)遭遇碳氢火灾时的温度空间分布特征，计算得到桥梁在不同受火长度和受火时间(下部受火)、不同受火位置(上部受火)影响下的挠度、承载能力的变化规律，给出不同火灾场景下的耐火极限。研究结果表明：受火长度和受火位置显著影响钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能；当桥下受火时，受火长度从L/20(L为计算跨径)增至L/4,钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火时间从大于60 min缩短至27 min,且挠度变形更为显著；当桥下20 m范围内受火45 min后，其承载力和结构刚度分别降低至常温下的72%和32%;桥面全车道和边车道受火均会使钢桁-混凝土组合结构桥梁先上挠后下挠，其耐火时间分别为25 min和31 min;边车道受火会使桥梁出现高温扭转变形；当全车道受火23 min后，其承载力和结构刚度分别降低至常温下的25%和10%;增大主桁高度可有效提高钢桁-混凝土组合结构桥梁的耐火性能，用箱形截面斜杆替换工字形...     

近年来混凝土结构抗火研究进展

简要总结了近年来混凝土结构（包括新建混凝土结构、加固混凝土结构、循环再利用混凝土结构）抗火研究的主要进展,分析了其中尚存在的一些问题,在此基础上建议给出了该领域今后的发展趋势。并针对编制中的《混凝土结构耐火设计技术规程》进行了简要说明。分析表明：由于高温下混凝土结构达到变形极限状态和承载力极限状态的升温时间一般较为接近,为与常温下混凝土结构设计统一并考虑常规设计习惯,可以高温下混凝土结构的承载力极限状态为基础进行耐火设计;结构随机抗火特性、构件高温协同作用、结构整体火灾行为、减振控制装置抗火性能等是今后一段时间混凝土结构抗火领域值得关注的研究课题。参92     

型钢混凝土框架结构耐火性能有限元分析

为了研究型钢混凝土框架整体结构的耐火性能,为其抗火设计提供参考,采用受火楼层建立精细化有限元计算模型、非受火楼层建立梁单元计算模型的方法,建立了型钢混凝土框架整体结构的耐火性能计算模型。考虑火灾位置、荷载分布形式、柱轴压比等参数的影响,对火灾下型钢混凝土框架整体结构的变形规律、承载机制、破坏形态以及耐火极限进行参数分析。分析结果表明：火灾下框架结构出现了整体破坏和局部破坏两种典型的破坏形态,受火构件受到的约束作用对其耐火性能有较大的影响;在局部破坏形态中,由于受热膨胀,火灾下框架梁首先出现了较大的轴压力,受火框架梁处于压弯受力状态;之后,框架梁出现了悬链线效应,轴力对框架梁的受力状态有较大影响;在整体破坏形态中,根据轴压比及荷载分布形式的不同,框架出现了中柱破坏和边柱破坏两种典型破坏形态,同时,随楼层受火位置的升高,柱的轴压比减小,框架结构的耐火极限增加。     

高层钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗火性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS,对高层钢管混凝土柱-钢梁组合框架不同区域发生火灾的情况进行数值模拟,研究高温下各构件的温度场分布以及不同区域框架受火时的变形情况、耐火极限、应力分布状况。结果表明：在考虑楼板有利作用下,钢梁上翼缘的温度最低;高层建筑的底层变形最大、耐火极限最短、钢管的应力最集中、核心混凝土处于全截面受压状态。     

混凝土组合构件耐火性能试验研究

利用自行设计的火灾燃烧炉对混凝土T型组合构件的耐火性能进行试验研究。试验持续120 min,观察火灾后构件表观现象并测量火灾过程中组合构件内部温度变化,得到火灾下混凝土板、墙组合构件的内部温度场分布规律及其高温损伤情况。结果表明：火灾下组合构件墙体受火面位置处更容易出现混凝土剥落现象,应在该位置处采取施作防火涂料等防火措施来减轻火灾高温的影响;组合构件节点核心区的混凝土温度低于其他受火区域的温度,墙板对节点核心区有一定的保护作用;火灾作用下距离混凝土组合构件受火表面越远,其内部温度越低,且其温度开始上升的反应时间越长;组合构件在非受火区域温度整体较低,温度升高的反应时间较长且速度较慢,火灾高温对非受火区域的结构影响较小。     

钢筋混凝土连续梁火灾下抗剪性能的试验研究

对8根足尺钢筋混凝土两跨连续梁和4根足尺钢筋混凝土简支梁进行了标准火灾试验,研究了钢筋混凝土连续梁高温下的抗剪性能,并与简支梁进行了对比,得到了连续梁混凝土及钢筋的温度变化、竖向挠度、轴向变形及最终破坏形态,分析了不同荷载比、剪跨比、混凝土保护层厚度、配箍率及受火工况对连续梁耐火极限的影响。结果表明:火灾下荷载比和混凝土保护层厚度对钢筋混凝土连续梁的抗剪性能影响显著。随着剪跨比和箍筋间距的减小,连续梁发生受剪破坏的耐火极限显著提高。与单跨受火工况相比,两跨同时受火的连续梁耐火极限降低。高温下连续梁由于发生了内力重分布,其抗剪性能优于简支梁。     

L形钢管混凝土芯柱温度场分析

研究高温下钢管混凝土芯柱的承载力及变形变化规律。分析钢管混凝土芯柱的温度场,合理地确定火灾情况下钢管混凝土芯柱受火模型,利用ABAQUS有限元软件进行分析。给出试件不同时刻的温度场分布云图和各测点的温度变化曲线。构件从受火面到背火面,温度逐渐降低,而且相差较大。有限元分析充分反映了混凝土材料随着温度上升出现的滞后现象,与理论分析相一致,为进一步认识钢管混凝土芯柱的高温力学性能和耐火极限分析提供依据。     

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。     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明:随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。     

高温下再生混凝土梁受剪性能试验研究

对9根不同再生骨料取代率的再生混凝土梁试件进行了常温和标准升温条件下的受剪试验,研究再生粗骨料取代率和初始荷载比等对试件的破坏特征、耐火极限、温度场分布和变形性能等的影响。利用ABAQUS有限元分析软件分别进行试件的温度场分析和顺序热-应力耦合全过程分析,并提出高温下再生混凝土梁受剪承载力理论计算方法和设计计算式。研究结果表明:高温下再生混凝土梁的剪切破坏特征与普通混凝土梁相似,但再生骨料取代率越大,火灾试验后试件表面混凝土的剥落程度越明显;试件的耐火极限随再生粗骨料取代率的增大而提高,随初始荷载比的增大而降低,再生混凝土梁的耐火极限受初始荷载比的影响比普通混凝土梁低;再生粗骨料取代率越大,相同时刻试件内部测点的温度越低,箍筋温度也越低,再生混凝土梁比普通混凝土梁具有更好的耐火性能;在火灾试验末期,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的变形增长速率逐渐减小,说明高温下再生混凝土梁斜截面破坏时的延性比普通混凝土梁好;有限元分析结果与试验结果吻合较好;提出的高温下再生混凝土梁受剪承载力理论计算方法和设计计算式均具有可行性,能够分别满足试验和工程设计的要求。     

钢筋混凝土柱在高温下的数值模拟

利用有限元软件对高温下钢筋混凝土柱作三维温度场和三维结构的非线性分析,考虑火灾试验中柱子只在中部受火和柱端实际加载条件.研究结果表明,本文对钢筋混凝土柱的耐火性能预测较准,但对其高温变形曲线的预测精度尚有待进一步改善;钢筋混凝土柱在高温下采用实体单元模拟计算花费时间过长,编制高温下的专用数值模拟分析程序是必要的.     

高强高性能混凝土耐火性能的研究现状

本文回顾了近年来国内外在高强、高性能混凝土耐火性能方面的研究现状,对比了高强、高性能混凝土和普通混凝土在火灾下的不同行为,介绍了高强、高性能混凝土火灾下的特性,探讨了其在高温下的破坏机理。讨论了提高高强、高性能混凝土火灾下性能的措施。对进一步的研究和工程应用进行了展望。     

高温下无粘结预应力混凝土扁梁试验研究

通过自行研制开发的大型拼装式多功能电力加热炉,按照ISO 834标准曲线升温,对26根无粘结预应力混凝土扁梁试件进行高温下试验研究。试验中观测了试件表面出现的渗水、油脂流淌与混凝土爆裂及外观颜色变化等宏观现象,研究了高温下试件变形、无粘结预应力筋的应力等力学性能的变化规律,分析了不同初始荷载、混凝土净保护层厚度及综合配筋指标等主要因素对其高温下力学性能的影响。试验结果表明：高温下试件发生动态连续变形,升温初期跨中挠度增加较小,温度较高时跨中挠度增长较大;预应力变化比较复杂;在同等升温条件下,试件承受的初始恒载越大,挠度变形也越大;增加混凝土保护层厚度,能延缓其内部钢筋的升温,提高试件的抗火性能;综合配筋指标q₀较小的试件抵抗高温变形的能力较差。图21表3参16     

HRBF500钢筋混凝土梁受火后动力性能试验和温度场数值模拟

500 MPa细晶粒热轧带肋钢筋(HRBF500)强度高、延性好,是一种新型材料。为使其应用得到推广,通过明火试验,考察ISO 834标准升温曲线下,HRBF500级细晶粒钢筋混凝土(RC)梁的火灾行为;采用ANSYS分析和研究高温下细晶粒混凝土梁截面内的瞬态温度分布,并与试验结果对比;对4根细晶粒钢筋混凝土梁,在经历不同的受火时间后自然冷却至室温,进行振动测试,分析混凝土梁自振频率受高温作用的影响规律。研究得到,细晶粒钢筋混凝土梁在受火后的自振频率随着受火时间的增长而不断减小;梁的配筋率越小,自振频率减小的幅度越大。     

A Numerical Study on the Thermo-mechanical Response of a Composite Beam Exposed to Fire

This study presents an analytical framework for estimating the thermo-mechanical behavior of a composite beam exposed to fire. The framework involves: a fire simulation from which the evolution of temperature on the structure surface is obtained; data transfer by an interface model, whereby the surface temperature is assigned to the finite element model of the structure for thermo-mechanical analysis; and nonlinear thermo-mechanical analysis for predicting the structural response under high temperatures. We use a plastic-damage model for calculating the response of concrete slabs, and propose a method to determine the stiffness degradation parameter of the plastic-damage model by a nonlinear regression of concrete cylinder test data. To validate simulation results, structural fire experiments have been performed on a real-scale steel–concrete composite beam using the fire load prescribed by ASTM E119 standard fire curve. The calculated evolution of deflection at the center of the beam shows good agreement with experimental results. The local test results as well as the effective plastic strain distribution and section rotation of the composite beam at elevated temperatures are also investigated.     

钢筋混凝土L形柱抗火性能的影响因素研究

对近年来有关钢筋混凝土异形柱高温性能研究的文献进行了综述,重点分析了高温火场、受力状态和构造方面等因素对钢筋混凝土等肢L形柱抗火性能的影响,从而提高钢筋混凝土异形柱的抗火性能.     

压型钢板-组合楼板耐火试验和破坏模式的探讨

在标准升温条件下,对闭口式压型钢板组合楼板进行了耐火试验,并测试了不同部位的升温情况。试验表明,被混凝土包裹的部分升温要比直接受火面慢,但由于热传导,升温122MIN时被混凝土包裹的部分最低温度也超过了600℃;无论是火灾前期还是后期,板的混凝土厚度都是影响组合楼板耐火性能的重要参数。在此基础上,分析了高温状态下组合楼板的试验现象,定性地分析了各影响参数,并探讨了组合楼板在耐火极限状态下的破坏模式。由于影响组合楼板耐火性能的参数多而复杂,因此,建议防火设计时必须保证一定的混凝土厚度,确保火灾下组合楼板的安全。     

混凝土高温损伤研究评述

通过对国内外高强、高性能混凝土高温力学性能试验研究成果的整理分析,得出其高温下、高温后力学性能劣化规律,并与普通混凝土进行了对比。深入探讨了混凝土高温损伤模型和高温下混凝土结构数值模拟计算的研究状况,并提出了亟需开展的工作,可为进一步研究钢筋混凝土结构的高温（火灾）性能及其损伤评估提供参考。     

Analysis of axially loaded concrete filled circular hollow double steel tubular columns exposed to fire

A series of new unified design formulas for calculating the temperature field and fire resistance under axial compressive loading of a circular solid or hollow concrete filled double steel tubular (CFDST) short and slender columns exposed to fire are presented in this paper. The results of the experiments are firstly derived from exploring the fundamental behavior of the CFSDT slender columns under the ISO 834 standard fire and temperature distributions. Failure modes and axial deformation versus time curves are also obtained and discussed. It was realized that a solid or slender CFDST column has different temperature fields, stronger limiting temperature and better fire resistance, as compared to columns filled with plain concrete. Also, the load ratio and steel ratio have no evident difference between the results of the solid and hollow CFDST columns. A three-dimensional finite element analysis (FEA) model is developed to calculate the temperature field of CFDST columns. After calibration of the FE model, the influences of important parameters on the temperature field of the composite columns are investigated and a unified formula for calculating average temperatures of the columns’ cross-section is obtained. Combining the average temperature with the “Unified theory” under axial compression, a simplified design method is put forward, which provides a unified formulation for both the plain CFST and CFDST columns relating to the axial bearing capacity at room and elevated temperature. The proposed formulas are calibrated through comparisons with fire tests on the columns, and it was found that the method produces safe results on average.