轴力作用下基于子结构模型的约束PEC柱耐火极限研究

利用有限元软件ABAQUS,建立了包含部分梁、柱的约束PEC柱子结构温度场和力学分析模型,应用约束PEC柱的抗火试验数据验证了模型的合理性。采用上述模型分析了轴力比、轴向约束刚度、约束梁跨度、柱长度以及梁上荷载大小对轴力作用下约束PEC柱耐火极限的影响规律,并建立了该类构件的耐火极限简化计算公式。结果表明,轴力比和柱长度对轴力作用下约束PEC柱的耐火极限有较大影响,而轴向约束刚度、约束梁跨度及梁上荷载的影响很小;轴力比是影响柱耐火极限的重要参数,耐火极限随荷载比的增大迅速降低。给出的耐火极限计算公式可供约束PEC柱耐火设计参考。     

标准升温下轴向约束PEC柱耐火极限及影响因素分析

为考察高温下相邻构件作用对PEC柱耐火极限的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了标准升温条件下约束PEC柱数值分析模型,得到了试验数据的验证。应用验证后的模型,分析了火灾荷载比、轴向约束刚度比、长细比、偏心率对约束PEC柱耐火极限的影响规律。结果表明,随着火灾荷载比的增大,约束PEC柱的耐火极限呈线性降低的趋势;轴向约束刚度比对PEC柱耐火极限几乎没有影响;长细比和偏心率对PEC柱耐火极限影响不大;在荷载比相同的情况下,随着长细比的增加PEC柱耐火极限略有降低,随着偏心率的增加PEC柱耐火极限略有上升。     

T形截面型钢混凝土异形柱耐火极限研究

建立了T形截面型钢混凝土异形柱抗火分析有限元模型,应用标准升温下的T形截面钢筋混凝土异形柱和型钢混凝土矩形柱耐火试验数据对模型进行了验证,包括温度场分布和耐火极限.利用验证后的模型,分析了含钢率、偏心率、轴力比、长细比等4个主要因素对型钢混凝土异形柱耐火极限的影响.分析表明,轴力比和偏心率对型钢混凝土异形柱的耐火极限影响较大,随着轴力比和偏心率的增加,耐火极限呈线性递减;随着长细比的增大,耐火极限有降低的趋势,但影响不显著;在不同轴力比情况下,耐火极限随含钢率变化的趋势有所不同.     

外包钢加固钢筋混凝土柱的抗火性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立了外包钢加固钢筋混凝土柱的温度场和力学分析模型,应用钢筋混凝土柱的抗火试验数据对模型进行验证。采用验证后的模型分析了轴压比、偏心率、荷载比以及承载力提高系数对外包钢加固钢筋混凝土柱抗火性能的影响规律。分析结果表明:随着轴压比、荷载比和偏心率的增加,加固柱的耐火极限减小。对于轴心受压柱,承载力提高系数的增加对加固柱耐火极限影响很小;对于偏心受压柱,随承载力提高系数的增大加固柱的耐火极限增大,但增幅有限。在荷载比相同的前提下,偏心率对柱的耐火极限影响不显著。     

角钢加固钢筋混凝土框架抗火性能研究

应用Abaqus有限元软件建立了角钢加固钢筋混凝土框架的热-力耦合分析模型,利用钢筋混凝土梁、柱和框架的抗火试验数据对温度场和力学分析模型进行了验证。利用验证后的模型,分析了轴压比、荷载比、承载力提高系数对角钢加固钢筋混凝土框架的变形特征和耐火极限的影响规律。结果表明:由于边柱荷载比中柱小,受到的约束也弱于中柱,其轴向膨胀变形和水平侧移比中柱大;加固柱的轴压比对框架的破坏形式有重要影响,当加固柱的轴压比较小时,受火梁先发生破坏,导致局部破坏;随着轴压比的增大,底层框架柱先于受火梁发生破坏,导致整体破坏;轴压比影响框架加固柱的刚度和结构的内力分布;轴压比和火灾荷载比的增大导致框架耐火极限下降,荷载比对框架耐火极限的影响更为明显;在荷载比相同的情况下,承载力提高系数对框架柱耐火极限的影响很小。     

十字形截面型钢混凝土异形柱抗火性能分析

建立了四周受火十字形截面型钢混凝土异形柱抗火分析有限元模型,采用钢筋混凝土异形柱试验数据验证了模型的合理性。应用验证后的模型分析了荷载比、含钢率、配筋率、偏心率、截面尺寸对型钢混凝土异形柱耐火极限的影响。分析表明,荷载比、偏心率、截面尺寸对耐火极限有较大的影响,荷载比、偏心率越大耐火极限越短,截面尺寸越大耐火极限越长;含钢率、配筋率对耐火极限的影响较小,耐火极限随含钢率的增加呈增大趋势,随配筋率的增加呈减小趋势。     

考虑爆裂影响的轴向约束高强混凝土柱耐火性能研究

应用有限元软件ABAQUS,基于一次爆裂模式,建立了轴向约束高强混凝土（HSC）柱的抗火分析模型.采用试验数据验证了模型的合理性.采用验证后的模型,分析了不同轴向约束刚度比下高强混凝土柱轴力及位移变化的规律,重点考虑了爆裂深度、爆裂长度、爆裂开始时间等爆裂参数对高强混凝土柱轴向位移、截面温度场和耐火极限的影响规律.研究表明：相同爆裂时间前提下,HSC柱轴向位移随爆裂深度、爆裂长度的增大而增大,耐火极限随之减小.爆裂深度、爆裂长度相同前提下,爆裂开始时间对HSC柱的耐火性能影响很小.当荷载比不变时,轴向约束刚度比对HSC柱膨胀阶段的最大轴向位移影响甚小,但是在越过初始平衡位置的收缩阶段对轴向位移影响很大.轴向约束刚度比对轴向约束HSC柱的耐火极限影响不大.     

波纹钢腹板组合框架抗火性能研究

为深入认识波纹钢腹板组合框架这种新型装配式结构体系的耐火能力,对其抗火性能进行了有限元模拟和分析。考虑波纹钢腹板界面特征,建立了框架温度场和热力耦合分析模型,并验证了模型的合理性。分析了框架截面温度场分布特征,以及梁火灾荷载比、柱火灾荷载比、线刚度比、配筋率、耐火保护层对波纹钢腹板组合框架结构耐火性能的影响。研究结果表明：在火灾过程中,波纹钢腹板组合柱温度分布呈现梅花状;框架在火灾下的破坏模式主要为柱破坏,框架柱呈现C型弯曲破坏;柱轴压比、梁柱线刚度比、梁荷载比对框架的耐火极限存在不同程度的影响,而配筋率影响很小;工程中常用参数范围无耐火保护情况下,框架耐火极限一般小于60 min。研究结果可供此类结构抗火设计参考。     

标准升温下PEC柱的耐火极限分析

确定了高温下钢材和混凝土的热工参数和应力-应变关系模型,建立了标准升温条件下局部填充混凝土(Partial Encaed Concrete,PEC)柱抗火性能分析的有限元模型,计算了火灾下PEC柱的变形曲线及耐火极限。计算结果经已有试验数据的验证,吻合较好。分析表明,无耐火保护PEC柱的耐火极限小于现有抗火标准的要求,分析模型可为进一步研究PEC的抗火性能及设计方法提供参考。     

耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力

为了得到耐火钢圆钢管混凝土柱的防火性能,利用ANYSY有限元软件对火灾升温曲线下钢管混凝土柱进行温度场模拟,变化钢管直径、长细比、含钢率、钢材强度、混凝土强度、受火时间、荷载偏心率、荷载比等参数,采用数值计算方法求解耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力.提出耐火极限和承载力的实用计算公式,公式与数值计算结果吻合度高,可为有关工程的抗火设计提供参考.研究结果表明,与普通柱相比,在一定时间内耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力提高显著,因此可减薄甚至取消防火涂层.     

约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析。考察了轴向/转动约束刚度比、截面边长、荷载比、荷载偏心率、配筋率、升温时间等参数对ISO834标准升降温过程作用下约束混凝土柱的轴力的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了比较。通过对2880种工况的计算分析,建议给出了该类构件轴力变化系数的实用计算方法。研究结果表明：对于轴向/转动约束混凝土柱,无论单调升温还是先升温后降温,轴力变化系数总体都呈现出先逐渐增大而后有所减小或基本保持稳定,最后以较大速率持续降低的趋势,主要区别在于后期单调升温对应的降低速率一般比先升温后降温时更大;对于先升温后降温的轴向/转动约束混凝土柱,转动约束刚度比、柱长和混凝土保护层厚度对轴力变化系数影响较小,而轴向约束刚度比、荷载偏心率和配筋率越大或荷载比和截面边长越小,轴力变化系数的峰值就越大。     

约束高强度Q460钢柱抗火性能试验

为获得高强度Q460钢柱的抗火性能,采用火灾试验炉对4个约束Q460钢柱进行抗火性能试验,试验采用恒载升温模式和ISO-834标准升温曲线,考虑了两个约束刚度和两个荷载比,测量了钢柱受火过程中的温度、轴向位移和跨中挠度,并得到了约束Q460钢柱的屈曲温度和破坏温度,采用约束钢柱的轴力放大系数方法计算了试件的破坏温度并和试验结果进行对比.研究表明:轴向约束刚度和荷载比对Q460钢柱的抗火性能影响较大,相同荷载比下轴向约束刚度大的钢柱破坏温度低,相同约束刚度下荷载比大的钢柱破坏温度低;轴力放大系数方法可以确定约束高强度Q460钢柱的临界温度.     

CFST柱和RC柱偏压性能比较

为了研究钢管混凝土柱在偏压荷载下的力学性能,对已有的偏压荷载钢管混凝土柱进行了有限元模拟,并与试验结果进行了比较.在此基础上,分别模拟了同等条件下钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱的受力性能,对比分析了它们的破坏形态、承载力、挠度变形等力学性能.研究结果表明:相同条件下,钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱更具有延性,钢管混凝土柱轴力比钢筋混凝土柱高约25%,弯矩高约40%;最大荷载时,钢管混凝土柱跨中截面的挠度为钢筋混凝土柱的1.67倍,极限荷载时为2.30倍;钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱承载力随着偏心率的增大而减小,与构件性质无关.长细比对构件破坏性质有明显影响.     

三面受火小偏压SRC柱耐火极限试验

由于所处位置不同,结构中的柱有可能处于非四面均匀受火状态,受火边界的差异将导致柱耐火性能存在一定的差异.为认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,进行了两根ISO-834标准火灾作用下、三面受火(受拉侧不受火)SRC柱在小偏心荷载作用下的耐火极限试验,观察了试件破坏过程,获取了截面温度场分布、轴向变形-时间关系曲线、侧向变形-时间关系曲线及构件的耐火极限,分析了有关规律及机理.试验结果表明,混凝土爆裂(崩落)对截面温度场及构件耐火极限均有影响;荷载比和偏心率是影响高温下SRC偏压构件变形特征及耐火极限的重要因素.试验结果可供三面受火SRC柱耐火设计参考.     

端部约束钢管混凝土柱耐火性能及抗火设计方法

为了给钢管混凝土柱的抗火设计提供有效方法,利用梁单元建立了端部约束钢管混凝土柱耐火性能分析的有限元计算模型。利用上述模型,考虑转动约束、轴向约束以及偏心距的影响,对火灾下端部约束钢管混凝土柱的计算长度系数和稳定系数等进行了系统的参数研究。最后,提出了端部约束钢管混凝土柱的抗火计算方法。     

三面受火型钢混凝土柱耐火极限的试验研究与理论分析

制作了2根三面受火型钢混凝土柱,在标准升温条件下进行耐火极限试验,测量了构件轴向变形及中部侧向变形,观察了混凝土的爆裂及构件破坏过程,获得了构件的耐火极限。然后应用有限元软件ABAQUS建立了三面受火型钢混凝土柱三维非线性有限元模型,计算结果得到了试验数据的验证。结果表明,火灾荷载比及偏心率对三面受火型钢混凝土柱的耐火极限有很大的影响,有限元模型可以用来模拟三面受火型钢混凝土柱的温度场及耐火极限。     

考虑弯矩作用梭形钢格构柱的稳定性能

通过弹性屈曲分析和考虑大变形的弹塑性非线性分析首次考察轴力和弯矩共同作用下梭形钢格构柱的稳定性能。首先提出梭形格构柱截面刚度变化率的概念并分析其弹性屈曲性能,进而考察弯矩作用对梭形格构柱稳定性能的影响,重点分析轴向应力、弯曲应力和剪应力的发展历程,文中还考察了分肢钢管间距及隔板厚度对稳定承载力的影响。结果表明,截面刚度变化率决定桅杆的弹性屈曲模态;屈曲模态为＂C＂形的桅杆,弯矩作用导致稳定承载力的降低程度小于屈曲模态为＂S＂形的桅杆;可通过调整分肢钢管间距获得梭形格构柱的最大稳定承载力,相应的分肢间距与＂C＂形、＂S＂形屈曲模态转换的临界分肢间距基本一致;增加隔板厚度对提高＂S＂形屈曲模态桅杆的稳定承载力更为有效。