矩形钢管混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法

进行了8个轴心受压或偏心受压矩形钢管混凝土柱,按ISO—834和GB/T9978—1999规定的标准升温曲线升温作用下耐火极限的实验研究。实验结果表明,截面尺寸和防火保护层厚度对构件耐火极限的影响较大,而荷载偏心率的影响则相对较小。分析结果还表明,国家规范GB50045—95中钢结构柱防火保护层厚度的确定方法不适合于矩形钢管混凝土柱。在大规模参数分析结果的基础上,提出了矩形钢管混凝土柱耐火极限及防火保护层厚度的简化计算公式,公式的计算结果与数值计算结果和实验结果均吻合较好,且总体上偏于安全。本文的研究成果可为有关矩形钢管混凝土工程进行抗火设计时提供参考。     

钢管混凝土柱防火保护层计算方法研究

计算结果表明 ,作用在钢管混凝土柱上的荷载对其耐火极限及防火保护层厚度影响很大。基于数值计算结果及课题组前期的研究成果 ,提出了按规范ISO - 834或GB T 9978- 1999规定的标准升温曲线升温作用下 ,考虑火灾荷载比影响的钢管混凝土柱防火保护层厚度的实用计算方法 ,计算结果和数值计算与试验结果均基本吻合。     

火作用下钢管约束钢筋混凝土柱温度场分析

为得到火作用下圆钢管约束钢筋混凝土柱的温度分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火作用升温条件下钢管约束钢筋混凝土柱截面温度场计算模型,分析了升温时间、含钢率、钢管直径、钢管材料类型(普通钢和耐火钢)及纵筋保护层厚度等参数对截面温度场的影响。分析结果表明,升温时间、钢管直径对截面温度场影响较大,而含钢率、钢材种类、混凝土强度以及纵筋保护层厚度对截面温度场的影响较小。基于有限元分析结果,对比了已有的ISO-834标准火作用下组合柱的温度场简化计算式,对比结果表明:已有简化计算式可较准确地计算钢管的温度,但不能较准确地计算钢筋和混凝土的温度。     

火灾中植筋连接构件极限承载力试验研究

为研究火灾中植筋连接构件的极限承载力,进行了6个植筋连接构件的受火试验。试件设计考虑了植筋深度和保护层厚度两种影响因素。试验中先对植筋试件施加一定荷载,约为常温下常规植筋构件设计承载力的10%,且在试验过程中保持不变;然后按照ISO834标准升温曲线对植筋构件进行加热升温,待构件受火90 min后,对植筋构件进行加载直至构件破坏失效。试验结果表明:植筋深度和保护层厚度对火灾中植筋连接构件的极限承载力均有重要影响。     

钢管混凝土柱防火保护层厚度实用计算方法研究

在对以往钢管混凝土柱耐火极限影响因素系统研究的基础上 ,提出了按规范ISO -834或GB9978-88规定的标准升温曲线升温作用下钢管混凝土柱防火保护层厚度的实用计算方法 ,计算结果与数值计算和试验结果均吻合较好 ,且略偏于安全。该方法可供有关工程实践和规程制订参考     

H型钢温度场的数值分析

计算英国规范BS 5950-1中的H型钢柱表中截面的形状系数,其范围在31.25~303.95 m~(-1)之间,通过有限元软件ABAQUS 6.12分别对形状系数为40.75 m~(-1)和303.95 m~(-1)的截面进行ISO 834标准升温曲线下的温度场模拟,将结果与欧洲规范EC 3无保护层构件的升温计算式进行比较,验证EC 3计算式的适用性并对形状系数、综合辐射系数、对流换热系数、钢材比热容、导热系数对构件升温的影响进行分析探讨。通过对这些影响因素的分析,对高温下钢柱的升温模拟提供一定的建议。     

火灾下铝合金方管柱的升温

采用有限元法计算了无保护层和带防火保护层铝合金方管柱在火灾下的温度场,并将计算结果与Eurocode 9升温公式以及实验结果进行比较,考察了截面形状系数、保护层厚度与导热系数比的影响规律。研究结果表明,对于无防火保护的构件,辐射安全系数为1时Eurocode 9预测结果太高,而安全系数0.15的计算结果与实测值和有限元值吻合良好,对于防火保护的构件,Eurocode 9的计算结果和有限元结果非常接近。随着截面形状系数的增加或保护层厚度与导热系数比的减小,相同时间下铝合金方管柱的平均温度越高。     

火灾下钢结构构件的温度分析

对火灾下不同情况的钢结构构件的温度进行了分析 ,给出了高温下有轻质保护层的钢构件和有非轻质保护层的钢构件的温度计算公式。通过假设温度场的轮廓和保护层的周边形状相一致 ,将有非轻质保护层的钢构件的二维热传递问题简化为一维 ,并与二维方法进行了对比 ,还给出了局部火灾下钢梁的简单计算方法。此外 ,通过对HEB14 0和HEB2 0 0两种不同的钢柱被覆10mm和 2 0mm两种不同厚度硅酸钙板保护层的试验 ,从理论上模拟了其在火灾中的温度反应。     

化学植筋构件耐火极限试验研究

为了研究化学植筋构件的耐火极限,进行了6个化学植筋连接构件在ISO834标准升温曲线下的耐火极限试验.本次试验中考虑植筋深度(15 d、20 d)和保护层厚度(25 mm、40 mm和60 mm)两种影响因素.试验中施加的荷载约为常温下化学植筋构件设计承载力的80％,且在试验过程中荷载保持恒定不变.试验中,记录钢筋温度、植筋胶温度和构件受火时间.试验结果表明:当保护厚度小于40 mm时,植筋深度和保护层厚度对耐火极限均有重要影响;当保护层厚度大于40 mm时,植筋深度对耐火极限的影响大于保护层厚度对耐火极限的影响.     

防火板保护钢柱四面受火时截面温度计算方法

研究了采用防火板保护钢柱四面受火时的截面温度计算方法,分别考虑了防火板与钢柱无间隙及防火板与钢柱有间隙两种情况。由于采用防火板保护时,钢构件与防火保护层内表面之间主要通过热辐射进行热量传递,与现行欧洲规范(EC 3)公式假定构件防火保护层之间通过热传导进行热量传递不同。现行EC 3规范公式能较为准确地计算热传导系数较小的防火涂料保护时构件升温,但不能准确计算火灾下热传导系数较大的防火薄型板保护钢柱的温度。通过在现行规范公式中增加空气的热阻一项,以考虑热辐射传热方式对构件截面升温的影响。分别采用有限元方法和建议公式,对防火薄型板保护,不同保护层厚度和不同截面系数钢柱截面升温规律进行分析,结果表明修正公式的计算结果与有限元结果吻合良好。     

大空间火灾下铝合金构件温升计算方法

性能化抗火设计过程中,火灾下结构构件的温升计算方法对设计结果具有重大影响。为研究大空间火灾下铝合金构件的温升计算方法及火焰辐射对构件温升的影响,对2种常见的铝合金构件截面试件进行了火灾温升试验。试验结果表明,由于火焰辐射的作用,构件温度与周围空气温度较为接近。基于铝合金构件的导热微分方程,提出了一般室内火灾和大空间火灾下铝合金构件的温升计算方法,并与试验结果进行了对比分析。结果表明：计算大空间火灾下铝合金构件温升时,忽略火焰辐射的作用会导致结果偏于不安全;所提出的基于点火源假定的火焰辐射热量计算方法较欧洲规范中的计算方法更为简单准确。此外,火焰辐射下烟气黑度值对构件温升的计算具有较大影响,并根据试验结果拟合了烟气黑度的实用计算式,计算结果与试验拟合结果吻合良好。     

相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火性能

为研究相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱的耐火极限,运用ABAQUS建立了ISO 834标准火灾作用下方钢管约束型钢混凝土柱的有限元模型,包括温度场分析模型和耐火极限分析模型,用已有的相关试验进行验证,并分析了截面温度场和力学性能的变化规律。在此基础上分析荷载比、计算长度、型钢含钢率、截面尺寸、混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响规律。基于上述规律并结合大量计算结果定量给出了相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱的耐火极限简化计算式。结果表明:荷载比和计算长度对构件耐火极限影响较大,随着荷载比和计算长度的增加,构件的耐火极限呈线性降低; 截面尺寸对构件的耐火极限影响较大,随着截面尺寸的增加,构件的耐火极限呈线性增加; 随着型钢含钢率的增加,构件的耐火极限增加并不明显; 耐火极限计算式计算精度良好,可为相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火设计提供参考。     

胶合木结构受火响应规律研究

采用剩余截面法计算分析了典型截面胶合木构件的耐火性能,并对平面尺寸7.2 m×7.0 m、高度4.5 m的胶合木结构进行了实体火灾试验.结果表明,胶合木构件耐火性能受荷载比和升温曲线影响较大,在90％荷载比时,截面尺寸200 mm×400 mm的胶合木梁耐火极限约为50 min.ISO 834标准升温曲线与大空间升温曲...     

高温火直接作用下钢梁抗火性能试验研究

为研究高温火直接作用下钢梁的抗火性能,对其进行了高温火直接作用试验;同时,以受热时间作为变化参数,对比分析了高温火直接作用和按ISO 834标准升温过程钢梁的轴力、跨中挠度及耐火时间。结果表明：高温火直接作用与按ISO 834标准升温下,钢梁破坏端面的微观组织及升温过程的受力和变形存在明显差异;无论有无防火涂层的保护,当温度800℃时,高温火直接作用下钢梁的最大轴力比按ISO 834标准升温的增大76.9%以上;同时,防火涂层厚度对钢梁的耐火时间也有影响,无防火涂层时,钢梁的耐火时间小于20min;有防火涂层保护时,随防火涂层厚度增厚,两种高温作用下,钢梁的耐火时间相近,但防火涂层厚度不足15mm时,耐火时间相差20%以上;当防火涂层厚度为15mm时,在温度约800℃高温火直接作用下,其耐火时间为26min。     

模拟局部火灾下受火焰冲击的约束梁性能

钢结构可能会受附近火源的影响而被局部加热。局部火灾所造成的火焰冲击可能会使钢构件暴露于高温之下,从而导致结构失效。对受局部火灾火焰冲击的约束梁的热力学性能进行数值研究。对4个不同尺寸和约束的钢梁进行试验。研究其在火灾发展阶段和稳定阶段的性能。与ISO834火灾标准相比较。研究发现受火焰冲击的钢梁内部的温度分布很不均匀,多是穿过钢梁或在钢梁边沿。在梁的长度方向,火源附近的温度要比远离火源的温度高几百度。由于不同的温度分布,受火焰冲击的约束钢梁的变形模式与受ISO834火灾标准的梁相比明显不同。受局部火灾影响的约束钢的失效温度可能会高于或低于ISO834火灾标准下的约束梁的失效温度。如果潜在的实际火灾为局部火灾,那么根据标准火灾所做的设计可能就不够安全。     

钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架耐火性能研究

为明确钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的耐火性能,采用有限元方法分析了ISO 834 标准升温曲线火灾作用下,圆形钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的温度场和耐火极限。研究结果表明：提出的简化的HB 螺栓模型可以有效地对圆形钢管混凝土-组合梁框架的耐火性能进行分析。钢管混凝土柱横截面混凝土的网格划分方法对于钢管混凝土柱-组合梁框架的耐火极限影响较小。当节点连接可靠时,钢管混凝土柱-组合梁框架达到耐火极限时的破坏模式主要有柱破坏模式和组合梁破坏模式。     

表面设置防火涂料的压型钢板混凝土组合楼板耐火性能有限元分析

本文针对已完成明火试验的压型钢板混凝土组合楼板，利用ABQUAS 有限元分析软件，探讨了ISO834标准升温环境下新型防火涂料设置厚度，对压型钢板混凝土组合楼板的内部温度场分布的影响做了分析。     

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。     

真实火灾下单层门式刚架抗倒塌性能试验研究

设计完成了一个单层单跨门式刚架厂房的足尺火灾试验,得到了主要构件的温度及位移发展规律,分析了真实火灾下门式刚架厂房结构的受力响应。结果显示：真实火灾下门式刚架的温升曲线与标准升温曲线有较大差别,燃烧室中的上部构件达到较高温度而提前失效,下部构件温度较低;在火灾下,未做防火保护的钢结构很短时间内就会发生垮塌,在火场及构件到达峰值温度前结构已产生较大位移。试验研究发现,受火柱的柱顶出现了热膨胀伸长、轴向压缩、轴向破坏三个阶段,且受顶部热烟气聚集的影响,各柱的柱顶轴向位移均大于柱中位移。试验成果可为门式刚架结构抗火数值模拟研究及结构防火设计提供参考。