外伸端板节点在火灾下的转角-温度关系

通过对外伸端板常温下初始刚度和极限承载力的分析,引入了钢材高温下的材料特性,得出了节点在高温下的初始刚度和极限承载力。假定节点弯矩恒定,按照常温下节点弯矩-转角关系得到了节点的转角-温度公式,并与试验结果进行了比较,吻合较好。     

高强钢高温下和高温后力学性能指标的标准值研究

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式,但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究,但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响,导致试验结果离散性较大,不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同,均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析,得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值,拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式,并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下,高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃;高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢;高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的,而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。     

考虑约束效应的Q460钢梁耐火性能研究

为获得Q460钢梁在约束效应和火灾耦合作用下的耐火性能,考虑荷载比和轴向约束刚度对钢梁耐火性能的影响,完成了3个约束Q460钢梁瞬态试验,得到了钢梁侧向位移、挠度和轴力与Q460钢梁温度的关系曲线。对约束Q460钢梁开展有限元分析,得到了荷载比、轴向约束刚度、转动约束刚度和截面高宽比对钢梁临界温度的影响规律。研究结果表明：约束Q460钢梁在横向荷载和附加轴力联合作用下,一般发生弯扭屈曲破坏;悬链线效应温度与临界温度相差不大;荷载比和转动约束刚度对约束Q460钢梁的临界温度影响显著;临界温度随转动约束刚度的增加而增加,转动约束刚度从无转动约束增大到5EI/L时,钢梁临界温度升高约34%,临界温度随荷载比的增加而降低,荷载比从0.4增大到0.9时,钢梁临界温度下降约26.5%;轴向约束刚度和截面高宽比对临界温度的影响程度较小,临界温度随轴向约束刚度的增大而降低,随截面高宽比的增大而升高。     

预制钢桁架-混凝土组合剪力墙受力性能研究

钢桁架-混凝土组合剪力墙是一种适用于装配式建筑的新型抗侧力结构体系。本文采用ABAQUS有限元软件建立钢桁架-混凝土组合剪力墙的分析模型,对13个不同设计参数的钢桁架-混凝土组合剪力墙进行了单调加载模拟,得到了构件的变形性能和受力性能;考察了轴压比、混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量等参数对钢桁架-混凝土剪力墙受力性能的影响规律。研究结果表明:轴压比对于剪力墙的抗剪承载力和延性都具有较大影响,轴压比在0.3～0.5之间,钢桁架混凝土剪力墙的抗剪承载力较大;混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量对剪力墙受力性能影响不大;增加型钢柱的含钢率能有效提高剪力墙的抗剪承载力,增加型钢腹杆的含钢率对于剪力墙的抗剪承载力提升效果不明显。     

蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中结构的变形和受力性能。现有的蠕变模型较多,但没有一个广泛适用的蠕变模型。不同的蠕变模型对钢结构抗火分析结果有很大影响。为了量化蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响,对5种常用的蠕变模型进行了对比分析。采用编写的约束钢梁计算程序,分别计算5种蠕变模型下约束钢梁的抗火性能并与试验数据进行对比。结果表明,采用Norton蠕变模型的计算结果与试验数据吻合最好。最后对影响约束钢梁抗火性能参数进行了研究,研究发现,Harmathy蠕变模型对约束梁抗火性能分析结果影响最大;不同蠕变模型对不同荷载比、约束刚度下的约束钢梁抗火性能影响程度均不同。     

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。     

钢结构抗火安全研究现状与发展趋势

火灾引起的高温严重降低建筑钢材的强度和刚度,从而造成钢结构损伤、严重破坏甚至倒塌。20世纪90年代人们开始重视钢结构抗火理论研究,2001年美国“9·11”事件引起了世界各国对钢结构抗火问题的高度关注。结构抗火学科经过几十年的发展,已形成系统的抗火理论和设计方法,文章介绍火灾引起钢结构破坏的原因,论述结构抗火设计原则的发展过程,归纳近年来钢结构抗火研究的重大进展,指出钢结构抗火的重要发展趋势,供有关研究者参考。     

高强度钢柱高温下承载力数值计算方法

为了对建筑结构中的高强度钢柱进行抗火设计和验算,研究了高强度钢柱在高温下的极限承载力数值计算方法。考虑温度对高强度钢材力学性能的影响,对常温下钢柱极限承载力计算的逆算单元长度法进行了延伸,编制了高温下高强度钢柱极限承载力计算程序。采用编制的程序对高强度钢柱在高温下的极限承载力进行了计算,将计算结果与有限元分析结果进行了比较,发现吻合较好。分析了高强度钢柱截面上残余应力的分布模式,残余应力大小和柱的初始几何缺陷对极限承载力的影响。研究表明：延伸的逆算单元长度法可以用于高强度钢柱高温下极限承载力计算,残余应力的分布模式和大小对高温下高强度钢柱的极限承载力影响很小,而初始几何缺陷对极限承载力的影响较大。     

火灾下防火涂料破损后钢柱的极限承载力

为了得到火灾下防火涂料局部破损后钢柱的承载力,根据平衡微分方程,对防火涂料破损后有初弯曲和荷载偏心的两端铰接钢柱的极限承载力进行了计算和分析。并用ANSYS有限元对计算结果进行了验证,二者吻合较好。对影响承载力的参数:破损长度、破损段温度、初弯曲、荷载偏心和长细比等进行了分析。结果表明:防火涂料破损后,钢柱在火灾下承载力下降;温度越高,下降越明显;柱的初始弯曲和荷载偏心对承载力影响较大,但随着温度的升高这一影响变小;随着长细比的增加,承载力降低。     

加劲肋和端板厚度对梁柱边节点抗火性能的影响

使用火灾试验炉,对钢框架中常用的三种节点形式:全焊节点、栓焊节点、外伸端板节点进行8个试件火灾行为的试验研究。2个全焊节点和2个栓焊节点分别分为节点区有无加劲肋两种情况,4个外伸端板节点考虑两种端板厚度12mm和16mm,每种端板厚度又分为有无加劲肋两种情况。试验结果表明:加劲肋对全焊节点和外伸端板节点的抗火性能均有较大程度的提高。端板厚度对外伸端板节点的抗火性能影响不大。