钢骨混凝土轴压柱抗火极限承载力计算

提出了在标准火灾升温作用下钢骨混凝土轴压柱极限承载力与变形的计算方法,通过试验对计算方法进行了验证。在此基础上,对混凝土强度、钢骨强度、钢骨含钢率、截面尺寸和受火时间等承载力影响参数进行了计算分析,并分别给出了拟合计算式,可供钢骨混凝土柱抗火设计参考。     

局部火灾下多层钢-混凝土组合平面框架抗火性能分析

采用考虑高温蠕变的钢材热-力耦合本构关系及考虑高温徐变和瞬态热应变的混凝土热-力耦合本构关系模型,利用ABAQUS有限元分析软件建立火灾下钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁等构件以及节点和单层单跨框架结构的温度场和结构抗火分析的有限元分析模型,计算结果得到已有试验结果的验证。在此基础上设计一榀3层3跨钢-混凝土组合平面框架模型,建立局部火灾下该平面框架的温度场与结构抗火性能分析模型,研究局部火灾下钢-混凝土组合平面框架的抗火性能并分析其失效模式,对该平面框架的耐火极限、梁柱变形规律及柱底截面内力变化规律进行分析,并对是否考虑钢梁与混凝土板相互作用对框架梁抗火性能的影响进行研究,对梁先失效模式下框架梁与简支梁、固支梁的抗火性能进行对比分析,对柱先失效模式下钢管混凝土框架柱与两端固支钢管混凝土单柱的抗火性能进行对比分析。结果表明:梁先失效模式下考虑钢梁与混凝土板的相互作用可以充分发挥钢-混凝土组合梁的抗火性能,框架梁的抗火性能要优于简支梁且接近并略低于固支梁,柱先失效模式下两面受火时单个钢管混凝土边柱的抗火性能为框架边柱抗火性能的上限,两面受火与四面受火时单个钢管混凝土中柱的抗火性能与相应框架中柱的抗火性能较接近。     

基于平均温度计算实心和空心钢管混凝土柱抗火性能的标准方法

给出计算不同截面轴心受压实心和空心钢管混凝土(CFST)柱抗火性能的新方法,包括圆形和多边形截面。新方法的特点是,基于柱截面的平均温度进行抗火性计算。研究火灾下CFST柱的承载力时,选取室温下CFST柱的承载力作为对照。对与钢材和混凝土平均温度相关的等效强度和等效弹性模量进行了研究,并给出计算的标准方法。将CFST抗火性计算分为以下两个步骤:1)基于平均温度计算高温下钢材和混凝土的等效强度和弹性模量;2)将高温下材料等效强度和弹性模量代入室温公式进行抗火性计算。基于标准方法、欧洲规范EC4和作者的前期工作给出计算CFST柱抗火性的两组公式。将建议公式计算结果与一些圆形或方形截面实心和空心CFST柱的试验结果进行对比,验证了建议公式的有效性。     

钢-混凝土组合梁抗火性能研究综述

随着钢-混凝土组合梁的广泛应用,组合梁的抗火性能和设计方法越来越引起人们的重视。目前关于钢-混凝土组合梁的抗火性能研究文献还不多。对国内外钢-混凝土组合梁的抗火性能试验和理论研究以及高温下栓钉的受力性能研究进行了文献综述,指出了目前研究中存在的问题和不足。此外,还对国内外常用的几个规范中关于钢-混凝土组合梁抗火设计方法和理论进行了分析和总结,用一个算例计算了组合梁的临界温度并进行了对比。最后对未来的研究趋势进行了展望。研究工作可为开展钢-混凝土组合梁抗火性能研究和进行组合梁抗火设计提供参考。     

方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力研究

运用统一强度理论,考虑中间主应力及钢管对混凝土的约束作用,在研究轴心受压承载能力的基础上,引入偏心率和长细比对柱承载力的影响,同时用厚边比影响的等效约束折减系数和混凝土强度折减系数对承载力进行折减,在厚壁圆筒统一强度理论解的基础上得出了方钢管-钢骨混凝土柱偏压极限承载力的计算公式。与有关文献试验结果进行了比较,吻合较好,验证了公式的正确性及可行性。结果表明:该公式有较强的适用性,为方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力分析提供了一定的理论依据,对理论研究和工程设计有一定的参考。     

四面火灾方钢管钢骨混凝土柱截面温度场分析

为研究四面火灾作用下方钢管钢骨混凝土柱的抗火性能,在合理确定了混凝土和钢材热工参数的基础上,运用有限元软件ABAQUS建立了四面火灾方钢管混凝土的计算模型,并与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上建立四面火灾作用下方钢管钢骨混凝土柱的截面温度场计算模型,在常用工程范围内,分析了升温时间、含钢...     

钢-混凝土组合结构抗火性能研究与应用

钢-混凝土组合结构抗火性能研究是当前的研究热点之一,国内外学者对此展开大量试验研究和理论分析。通过介绍国内外研究者在组合板、组合梁、组合柱等构件以及结构节点和结构体系抗火性能方面研究概况,分析了我国现有防火设计规范的特点以及工程应用情况,指出现有研究的不足,对组合结构抗火研究领域在高温材料热-力耦合本构关系、计算理论、数值火灾试验和设计方法等方面需进一步研究的工作进行了展望。文中指出,建立考虑升降温、多轴应力状态、不同加卸载路径的钢材和混凝土热-力耦合本构关系,建立基于整体性能、考虑升降温全过程的结构抗火分析理论,建立整体结构数值火灾试验方法,提出“三水准”结构抗火设计与灾后结构损伤评估原则以及基于时变可靠度和结构整体性能的组合结构抗火设计方法是钢-混凝土组合结构抗火性能研究的关键科学问题。表2参119     

基于欧洲规范的钢筋混凝土柱在不同因素影响下的抗火性能研究

基于欧洲规范,对钢筋混凝土柱在不同因素影响下的抗火性能进行了研究。介绍了国内外钢筋混凝土柱抗火研究现状,以欧洲规范为依据,提出了一个基于横截面计算的数值分析模型。分析了在ISO 834标准火的作用下,受火时间不同时,钢筋混凝土柱截面的温度分布以及极限承载力,并分别与欧洲规范和已有试验数据进行了对比,证明了计算模型稳定可靠。结合大量试验研究结果,讨论了受火时间、受火方式、截面尺寸、配筋率、轴压比和荷载偏心距、混凝土保护层厚度以及混凝土柱的长细比等因素对钢筋混凝土柱抗火性能的影响。     

H型钢混凝土柱的抗火性能数值模拟分析

火灾下型钢混凝土柱的抗火性能对结构整体抗倒塌能力影响重大。本文应用有限元软件ABAQUS对四面受火的型钢混凝土柱进行热-力耦合分析,考虑截面尺寸、含钢率、配筋率、轴压比、长细比和荷载偏心率等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,得出结论:截面尺寸、含钢率、轴压比、长细比和荷载偏心率对型钢混凝土柱抗火性能影响较大,配筋率对型钢混凝土柱抗火性能影响有限。     

钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱力学性能试验研究

为研究钢骨-钢管混凝土组合柱在偏心荷载下的力学性能,进行了13根组合柱的偏心受压试验,研究了钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的荷载-变形关系曲线、宏观变形特征和破坏形态,分析了偏心率、长细比、套箍系数和配骨指标对偏压组合柱力学性能的影响。研究结果表明:内置钢骨能延缓甚至阻止核心混凝土中剪切斜裂缝的开展,可有效提高偏压组合柱的极限承载力和延性;在整个加载过程中,钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱中截面纵向应变沿截面高度的变化基本符合平截面假设,且偏压长柱的侧向挠曲线基本符合正弦半波曲线;钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的极限承载力随偏心率和长细比的增大而急剧下降,随着配骨指标的增大而提高。     

SRC和RC柱耐火性能和抗火设计的若干问题探讨

扼要介绍了影响型钢混凝土SRC和RC钢筋混凝土柱耐火极限的可能因素主要有截面尺寸、构件长细比、火灾荷载比、截面配筋率、截面含钢率、荷载偏心率、截面高宽比、钢材和混凝土强度等的几何参数、物理参数和荷载参数等对SRC和RC构件.构件耐火极限的影响规律,探讨了SRC和RC柱耐火性能和抗火设计中的若干问题。     

方形薄壁钢管混凝土柱的耐火性能研究

为研究薄壁钢管混凝土柱的耐火性能,进行4个方形薄壁钢管混凝土柱在标准升温曲线下的耐火试验。试验参数为荷载偏心率、是否设置加劲肋以及是否设置防火保护。基于试验结果,研究方形薄壁钢管混凝土柱在高温下的破坏模态、温度场分布和耐火极限,并将其耐火性能和普通钢管混凝土柱进行比较。试验结果表明,方形薄壁钢管混凝土柱具有较好的耐火性能。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(Ⅰ)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第一部分。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(II)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第二部分。     

Seismic behavior and moment strength of tubed steel reinforced-concrete (SRC) beam-columns

The seismic behavior of tubed SRC beam-columns has been investigated by testing six specimens subjected to combined constant axial compression and lateral cyclic load. Two circular tubed SRC columns (CTSRC) and two square tubed SRC (STSRC) columns as well as two common SRC columns as comparison were tested in this paper. Different axial load ratio (n₀ = 0.3 and 0.5) have been adopted for the constant axial load. The test results indicated that the flexural strength of a CTSRC column was much higher than that of a common SRC column with the same steel ratio and axial compressive load, whereas there was little difference on the flexural strength of a STSRC columns and a common SRC column. The ductility, plastic deformation capacity and energy dissipation capacity of CTSRC and STSRC columns were much higher than those of common SRC columns with the same steel ratio and axial compressive load. The flexural strength increased as the axial load ratio increased for CTSRC and STSRC columns, while an opposite trend was observed for the plastic deformation capacity. The flexural strength and plastic deformation capacity of CTSRC columns were clearly higher than that of the STSRC beam-columns with the same steel ratio and axial load ratio. A modified EC4 code method has been proposed for the calculation of the moment strength for tubed SRC columns.     

火灾后型钢混凝土柱受力性能试验研究

通过6个火灾后型钢混凝土柱的静力加载试验以及2个常温下型钢混凝土柱的对比试验,研究了火灾后型钢混凝土柱的破坏形态、变形特性、剩余承载力、刚度等。试验结果表明：火灾后型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,但柱的轴压刚度、抗弯刚度、承载力均有不同程度降低;从加载到荷载达到80%极限荷载的不同阶段,火灾后型钢混凝土柱轴压刚度影响系数kz约为0.33~0.44,抗弯刚度影响系数kw约为0.30~0.59。利用规程JGJ 138-2001的计算方法,对所有试件常温下的承载力进行了计算,并将试验结果与计算结果进行了对比,经历火灾作用后轴压柱的剩余承载力约为常温下承载力的51%~81%,偏压柱的剩余承载力约为常温下承载力的69%~81%,火灾后型钢混凝土柱承载能力退化显著。     

装配式模块建筑组合钢柱耐火性能试验研究

采用耐火试验炉对装配式模块建筑四柱组合的钢结构构件开展不同防火保护条件下的试验研究,分析了模块建筑组合钢柱在火灾下的试验现象、升温曲线、变形特点及破坏形态,获取了模块建筑组合钢柱的耐火极限,以此对模块建筑组合钢柱的防火保护构造提出了设计建议。结果表明：8 mm厚的组合钢柱构件,在双层20 mm高性能防火石膏板的保护下,耐火极限不低于2.50 h,满足二级耐火等级建筑要求;在双层12 mm厚纤维增强硅酸板和60 mm厚岩棉的保护下,耐火极限不低于3.00 h,满足一级耐火等级建筑要求;在三层高性能防火石膏板（15 mm+20 mm+20 mm）的保护下,耐火极限不低于4.00 h。     

CCTV新台址主楼SRC柱承载力试验研究

中央电视台(CCTV)新台址主楼钢结构外筒采用了高含钢率且带有多空腔的SRC柱,是主楼外筒抗侧力体系中的主要构件。高含钢率高强度的SRC柱具有断面小、承载力高以及延性好等特点,已经在复杂大型高层建筑结构中开始应用。本文对CCTV主楼外筒中截面最大的SRC柱进行了4根模型试件的承载力性能与延性试验,研究了高含钢率且含有多空腔的SRC柱在不同轴力和弯矩组合作用下的受力性能,揭示了它们的破坏机理和变形过程。试验结果显示,高含钢率SRC柱的承载力与延性性能远优于普通SRC柱。同时,本文还利用有限元分析程序对试验模型进行了数值计算并与试验结果进行了对比。最后通过分析,提出了"对于SRC柱的设计方法及轴压比的限值必须与SRC柱的含钢率相联系,使设计真正做到安全可靠、经济合理"的设计建议。     

Axial load behavior and strength of tubed steel reinforced-concrete (SRC) stub columns

This paper presents experimental and analytical studies on the behavior of tubed SRC stub columns subjected to axial compressive load. Fourteen circular tubed SRC (CTSRC) and fifteen square tubed SRC (STSRC) stub columns were tested to investigate the failure mode and axial loaded behavior of tubed SRC columns. The effect of diameter/width to thickness ratio of the tubes was studied. The effect of height to diameter/width ratio of the separated tubes in tubed SRC columns was studied to investigate the effect of bond and friction between tube and concrete on the behavior of tubed SRC columns. The test results indicated that tubed SRC stub columns exhibited higher axial load capacity than common SRC columns with the same volumetric steel ratio. Elastic–plastic analysis on the steel tube was employed to study the mechanism of tubed SRC stub columns subjected to axial compression. Equations for the prediction of the axial load strength of tubed SRC stub columns were also proposed based on the proposed experimental results.     

考虑蠕变效应的钢柱高温承载力计算方法

高温蠕变对火灾下钢构件的内力和变形影响较大,现行《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249—2017)中未考虑蠕变对钢柱高温承载力的影响。采用ANSYS软件分析考虑蠕变后钢柱在高温下的受力性能,并与钢柱的抗火试验进行对比,发现考虑蠕变的钢柱有限元模拟结果与试验数据吻合更好。利用验证的有限元模型进行参数分析,结果表明:考虑蠕变效应后,钢柱的高温承载力受初始缺陷(残余应力、初弯曲、初偏心)、弯曲方向、荷载比、长细比、升温速率的影响较大,受截面形式和钢材屈服强度的影响较小。给出了考虑蠕变效应后计算钢柱高温承载力的简化方法。