火灾后型钢混凝土柱剩余承载力数值模拟分析

利用MSC.MARC软件对火灾后型钢混凝土柱的截面温度场及剩余承载力进行了模拟分析,数值分析结果得到了试验验证。考虑混凝土强度、长细比、含钢率、荷载偏心率、受火时间等参数,利用MSC.MARC软件对ISO834标准火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力进行了进一步计算。计算结果表明,经历ISO834标准火灾作用后,型钢混凝土柱的极限承载力显著降低,在该文参数范围内,承载力降低幅度在8.5%~45.3%变化。定义火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力与常温下型钢混凝土柱极限承载力的比值k为火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数。数值模拟分析结果表明,混凝土强度、截面含钢率、受火时间对k值的影响较大,而长细比、偏心率对k值的影响相对较小。在数值计算结果基础上,通过回归分析的方法得到了火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数k的简化计算公式,公式计算结果与数值模拟分析结果符合较好。     

部分预制装配型钢混凝土柱火灾后偏压试验研究

通过6个试件的火灾后偏压试验以及1个试件的常温下偏压试验,对配置活性粉末混凝土外壳的部分预制装配型钢混凝土（Partially Precast Steel Reinforced Concrete,PPSRC）柱和空心预制装配型钢混凝土（HollowPrecast Steel Reinforced Concrete,HPSRC）柱的火灾及火灾后偏压性能进行了对比分析。研究了受火时间、偏心率和核心混凝土强度对PPSRC柱及HPSRC柱的火灾下内部温度分布及火灾后剩余承载力、变形能力等方面的影响,并基于试验结构,对火灾下试件截面温度场进行了数值模拟分析。试验结果表明:火灾升温过程中试件截面测点温度存在明显的温度平台,火灾后试件的活性粉末混凝土外壳未发生爆裂现象,混凝土对型钢具有较好保护作用;模拟结果表明,截面温度及温度变化幅度由表及里逐渐降低,核心混凝土受到良好保护作用,温度相对较低;在偏压荷载下,火灾后试件的偏心受压破坏过程以及破坏形态和常温下类似,剩余承载力随火灾升温时间的增长和偏心率的增大而降低,随核心混凝土强度的增大而升高,试件的延性随核心混凝土的强度增大而增大。     

负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱受力性能研究

该文以试验研究、有限元模拟以及理论分析相结合的方法研究了负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的受力性能以及承载力计算方法。通过试验与有限元模拟分析,研究了轴心受压钢结构构件负载下外包钢筋混凝土加固后的性能,以及初始负载大小、混凝土强度和型钢强度对加固试件极限承载力的影响。研究表明,外包钢筋混凝土可以显著提高原钢构件的承载能力和刚度;加固后试件的极限承载力随着初始负载的增大而降低;随着型钢强度的提高而增大;混凝土强度是影响加固后试件极限承载力的最主要因素,加固后试件的极限承载力随着混凝土强度的提高而明显增大。根据分析试验数据和有限元分析结果,得到了混凝土强度对加固后试件极限承载力影响的量化结果。同时,通过分析加固时和破坏时构件各部分的应力应变状态,推导出负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好。     

火灾后型钢混凝土柱加固试验研究

通过火灾后碳纤维布和外包角钢加固型钢混凝土柱的静力加载试验及常温与火灾后未加固试件的对比试验,研究了碳纤维布和外包角钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力与刚度的修复效果。试验结果表明:火灾后经碳纤维布和外包角钢加固后,型钢混凝土柱破坏时变形发展更充分、延性更好。碳纤维布加固,能在一定程度上提高火灾后型钢混凝土柱的承载力,但对火灾后型钢混凝土柱刚度的修复效果不明显。外包钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力的修复效果比碳纤维布加固更加显著,能将火灾后型钢混凝土柱的承载力修复至常温未受火以前的水平,但外包钢加固也仅对火灾后长细比较大的试件的刚度有一定的提高作用,对长细比较小的试件的刚度修复效果不明显。     

型钢再生混凝土偏压柱受力性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土柱在偏心压力作用下的力学性能,设计9个试件进行偏心受压单调加载试验,考虑了再生骨料取代率、相对偏心距2个变化参数。通过试验,观察了该类新型构件的受力破坏过程及形态,获取了应力分布、变形情况、极限承载力、荷载-变形全过程曲线、再生混凝土受压破坏极限压应变值等重要数据;并分析了取代率和相对偏心距对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:型钢再生混凝土柱的偏压破坏过程及形态与一般型钢混凝土柱相似,根据偏心距的不同,表现为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种形态,试件极限承载力随着相对偏心距的增大而减小,而再生骨料取代率的变化对承载力的影响作用不明显。基于修正平截面假定推导了型钢再生混凝土偏压柱的正截面极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压承载力研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作11根多腔式多边形钢管混凝土柱偏压试件,通过静力试验研究其偏心受压性能,包括破坏形态、荷载-侧向挠度关系曲线和荷载-应变关系曲线,采用ABAQUS软件拓展分析钢管壁厚、长细比、偏心率和混凝土强度等参数对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压试件主要发生弯曲型失稳破坏;提高混凝土强度或钢管壁厚,可提高试件的极限承载力;腔内钢筋笼可显著提高其延性及后期承载力;当长细比从24增加到70,其极限承载力下降38.6%;当偏心率从0.2增加到1,其极限承载力下降54.1%;基于有限元结果,参考相关的承载力计算方法,建立适用于六边形六腔及五边形四腔的钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可为实际工程应用提供参考。     

钢管含粗骨料超高性能混凝土短柱轴压性能研究

考虑钢纤维掺量、粗骨料替代率和钢管厚度三个参数,设计制作了14根短柱试件。通过全截面轴心受压试验,考察了试件的破坏形态、荷载-变形曲线、荷载-应变曲线和极限承载力,分析了各参数对短柱轴心受压性能的影响规律。试验结果表明:当套箍系数0.217≤ ξ < 0.883时试件主要呈现剪切破坏形态;套箍系数0.883 ≤ ξ ≤1.431时试件主要呈现腰鼓破坏形态。在相同钢管厚度下,粗骨料的掺入能有效提高试件承载力。参考已有钢管混凝土规程,提出了CA-UHPCFST短柱轴心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

钢管再生混凝土长柱偏压性能研究

对10个圆钢管再生混凝土和10个方钢管再生混凝土长柱进行偏压静力单调加载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比、偏心距3个变化参数,观察了试件受力的全过程和试件破坏形态,绘制出荷载-变形、荷载-应变等一系列重要关系曲线,给出了截面应变沿高度分布情况,并分析了变化参数对试件极限承载力的影响规律,采用国内外常用的8部相关规程计算两种截面形式试件的极限承载力。研究结果表明:钢管再生混凝土偏压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要为弹塑性失稳破坏;建议采用规程DL/T5085-1999和DBJ13-51-2003设计圆钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力,采用规程CECS159:2004、DBJ13-51-2003设计方钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力。     

火灾后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

该文进行了8个大比例型钢混凝土柱试件温度场和火灾后抗震性能试验,研究了升降温作用下柱试件的温度场分布规律以及火灾后受低周反复荷载时破坏规律。同时,考虑受火时间、轴压比、栓钉、含钢率等参数的影响,对火灾后型钢混凝土柱试件的典型破坏形态、滞回曲线的形状、加卸载刚度、承载能力等特性进行了系统的试验研究。研究表明:火灾升降温作用下,试件内部升温呈现出较大滞后性;火灾后柱试件出现了塑性铰区的破坏,受火时间越长,塑性铰长度越长;滞回环总体上呈梭形,耗能能力较好,滞回环有轻微的捏拢效应;随受火时间增加,试件承载能力降低;随轴压比增加,承载能力增加,延性降低;栓钉对试件承载能力影响不大。     

受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力研究

为研究方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后的剩余承载力,设计并制作18根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的方钢管钢筋混凝土短柱进行明火试验和承载力试验,观察试件经历火灾后的破坏形态,获取柱的极限承载力等指标。在ISO 834标准升降温曲线作用下,基于ABAQUS有限元软件建立方钢管钢筋混凝土轴压短柱温度场和火灾后力学场分析模型,分析结果得到试验结果的验证,在此基础上,利用该模型对影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的参数进行了分析。试验结果表明:受火后的方钢管钢筋混凝土短柱承载力有一定程度折减,但仍具有较高的承载能力;配置纵向钢筋对核心混凝土起到更好地约束作用,配筋率的增大对于受火后试件极限承载力的提高作用明显;影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要因素是升温时间和构件截面尺寸;在常用参数范围内,回归方钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力实用计算式。     

外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的试验研究

通过3根外包角钢加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的受力性能试验以及3根未加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱和3 根常温下钢筋混凝土柱的对比试验,研究了火灾后钢筋混凝土柱的性能以及外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的有效性。试验结果表明:火灾后试件的刚度退化显著,在该文的试验参数和升温条件下,从开始加载到80%极限荷载的不同加载阶段,轴压柱的轴向刚度只有常温下轴向刚度的0.22~0.37,偏压柱的弯曲刚度只有常温下弯曲刚度的0.13~0.18;外包角钢加固对火灾后试件的刚度修复有一定的效果,不同荷载水平下,加固后轴压试件的轴向刚度与常温下试件刚度的比值在0.41~0.89 之间,偏压试件的弯曲刚度与常温下试件刚度的比值在0.33~0.91 之间。火灾后试件承载能力退化严重,在该文的试验参数和升温条件下,火灾后试件的承载力水平只有常温下的0.25~0.37;利用外包角钢对火灾后的试件进行加固,能将试件的承载力提高至试件未受火时大致相当的水平,加固后试件的承载力与未受火试件承载力的比值在0.97~1.06 之间,外包钢加固对火灾后试件承载能力的修复效果十分显著。     

火灾后型钢混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

通过4个火灾后型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点试件及2个常温未受火对比试件的低周反复加载试验,研究火灾后该类节点的滞回特性、延性、耗能性能、承载力与刚度退化规律,分析了受火时间、轴压比对火灾后该类节点的抗震性能的影响。结果表明:火灾后试件与常温未受火试件的破坏过程和破坏形态基本一致。经历火灾损伤后,型钢混凝土梁柱节点的滞回曲线仍然饱满,但试件承载力降低、变形增大、延性减弱,受火时间越长,承载力下降程度越高、变形增加程度越大、延性系数越小。反复荷载下型钢混凝土梁柱节点的强度出现衰减,加载初期的衰减系数随位移的增大而减小,加载后期的衰减系数随位移的增大总体保持稳定,体现出良好的抗荷载循环能力。与常温未受火试件相比,高温后试件加载初期的刚度降低、等效阻尼比增大,受火时间越长,刚度降低和等效阻尼比增大的程度越高。随着加载的进程,高温后试件的刚度与常温未受火时间刚度逐渐趋向一致,但等效阻尼比相比常温未受火试件减小,受火时间越长,减小程度越高。轴压比对火灾后节点的抗震性能产生一定影响,随着轴压比的增大,试件强度和刚度有所提高,但延性下降。     

钢骨混凝土短柱在长期轴向荷载作用下的试验研究

钢骨混凝土柱结构在过去几十年间已得到广泛的运用。但是目前关于这种柱结构在长期荷载作用下由于徐变和收缩引起的与时间相关的力学性能研究还开展得很少。该文开展了钢骨混凝土短柱的长期轴向荷载试验研究,还进行了这些柱的极限承载力破坏试验。试验监测了由徐变和收缩引起的柱的轴向长期变形。基于该实测曲线的分析表明,采用ACI 209R-92的收缩模型和CEB-FIP90的徐变模型,利用龄期调整有效模量法可以较好地模拟钢骨混凝土柱在长期轴向荷载作用下的变形发展。经历了长期加载后的试验柱的极限承载力破坏试验还表明,长期轴向荷载对柱的轴压承载力没有显著影响。     

钢筋再生混凝土柱的承压性能及强度计算

为了研究钢筋再生混凝土柱的承压性能及其强度计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合6个试件的实测数据,并拓展了36个试件的数值模拟分析,综合探讨了再生粗骨料取代率、体积配箍率、柱截面纵筋配筋率、长细比以及相对偏心距等变化参数对钢筋再生混凝土柱承压性能的影响规律,分别研究了钢筋再生混凝土轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计公式。研究结果表明:随着再生粗骨料取代率的增大,钢筋再生混凝土柱的受压承载力呈现波动性变化,但其变化幅度在15%以内;随着体积配箍率的增大,其极限承载力有小幅提高;随着截面纵筋配筋率的增大而有明显提高;而随着相对偏心距的增大,其极限承载力则明显降低;在一定范围内,随着长细比的增大,极限承载力显著变小。提出考虑取代率影响系数的钢筋再生混凝土柱极限承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑偏心距、长径比和初始自应力等参数的影响,设计制作21根钢管自应力自密实高强混凝土柱和3根钢管自密实高强混凝土柱试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析各参数对偏心受压试件受力性能的影响。研究表明:偏心受压试件主要发生弯曲失稳破坏;试件极限承载力随偏心距或长径比增大而减小,当初始自应力为3 MPa~5 MPa时,钢管自应力自密实混凝土偏心受压柱的极限承载力提高9.2%~11.7%。参考国内相关规范,通过试验数据回归分析,提出钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。