冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁受火试验研究

对5个冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁试件进行在ISO-834标准火灾下的受火试验。试验中考虑了荷载水平、防火涂层厚度和槽钢截面高度等参数的影响。试验结果表明：荷载水平、防火涂层厚度和槽钢截面高度是影响组合梁抗火性能的主要因素,其他因素影响很小;在ISO-834标准火灾下,以跨中挠度δ=l/25作为组合梁达到耐火极限的判别标准是合适的;填充混凝土可有效提高组合梁的整体刚度和延性,使其在高温下直至破坏仍可保持完整性,没有出现高温局部屈曲现象;在槽钢上直接涂刷防火涂层不能保证其与槽钢表面的紧密结合,需要改进组合梁的防火涂层施工工艺;试验结果验证了有限元分析结果的正确性。     

波纹钢腹板-混凝土组合梁抗火性能研究

为了研究波纹钢腹板-混凝土组合梁的抗火性能,建立了波纹钢腹板-混凝土组合梁载火灾高温下的ABAQUS有限元分析模型,并验证了模型的准确性,分析讨论了荷载比、截面尺寸、钢筋直径、波纹钢板厚度和受火面数对波纹钢腹板-混凝土组合梁耐火极限的影响。研究表明：荷载比是影响组合梁抗火性能的主要因素,荷载比越大,组合梁的耐火极限越小;截面尺寸对组合梁的影响显著,随着截面尺寸的增大,组合梁的耐火极限增大,抗火性能越好;随着钢筋配筋率增大,组合梁的耐火极限显著增加。     

高性能耐火耐候钢-混凝土简支组合梁抗火性能的数值分析

随着钢材冶炼技术发展,采用耐火耐候钢、闭口压型钢板提升钢-混凝土组合梁抗火性能成为钢结构抗火设计新方法。采用ABAQUS有限元软件,选取合理的材料高温热-力学性能参数和计算策略,并通过数值计算结果与钢-混凝土组合梁抗火性能试验结果对比,验证了数值模型的准确性与可靠性。以此为基准模型,改变材料热膨胀系数、荷载比、钢梁截面尺寸等参数,总结得出钢材热膨胀系数、钢梁高度、楼板厚度、荷载比对耐火耐候钢-混凝土简支组合梁耐火极限影响较大的结论,并基于参数化计算,分析数值模型计算组合梁正截面抗弯承载力与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中承载力法计算结果的差异,提出了标准升温下该型组合梁修正的承载力计算方法。     

新型冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖耐火性能数值模拟研究

冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖主要由上部压型钢板-混凝土组合楼板和下部冷弯薄壁型钢拼合梁组成,当楼盖下侧发生火灾时,冷弯薄壁型钢梁和压型钢板会直接受火。为提升组合楼盖的耐火性能,在型钢梁的下翼缘固定防火板材,形成防火保护层,从而提出一种新型冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖。然而,加入防火保护层后,楼盖的温度分布、变形和耐火极限均发生改变,新型楼盖的耐火性能有待研究。建立简化的三维楼盖有限元模型,分析了混凝土板厚、梁高、荷载比和防火保护类型对新型楼盖耐火性能的影响,发现压型钢板板肋方向与钢梁垂直的楼盖钢梁同一高度处的温度沿跨度方向基本一致,仅沿高度方向不均匀;适当增加混凝土板厚对耐火极限提升较小。得到了不同截面尺寸的楼盖在0.2～0.5荷载比下的受火侧翼缘临界温度以及不同防火保护类型楼盖的受火侧翼缘时间-温度曲线,用于估算该类楼盖的耐火极限。     

端部约束型腹板开孔预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能

为研究腹板开孔对端部约束预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,采用有限元软件ABAQUS对该类组合梁在高温作用下的力学性能进行了非线性有限元分析,研究了具有端部约束预应力波纹腹板开孔组合梁的内力、跨中挠度演化过程以及破坏模式,并对其耐火性能进行了参数分析。结果表明：受约束预应力波纹腹板开孔组合梁在高温作用下的破坏模式为开孔截面腹板与端部截面波纹腹板及钢梁下翼缘发生局部屈曲;随着温度的升高,组合梁由压弯发展至拉弯的悬链线阶段;在荷载比相同、孔洞均位于剪弯区的条件下,开孔尺寸越大、开孔位置越靠近支座的组合梁进入悬链线阶段的温度越低,相同温度下组合梁挠度越大,抗火性能越差;位于纯弯区的孔洞基本不影响端部约束预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁的高温力学性能。     

耐火钢-混凝土组合梁抗火性能非线性有限元分析

目前国内外学者对钢-混凝土组合梁抗火性能的研究均基于普通钢材。选用合理的材料热工性能参数、高温力学性能参数和热-力耦合本构关系,运用有限元软件ABAQUS建立计算模型,分别与耐火钢梁、钢筋混凝土梁以及钢-混凝土组合梁的抗火性能试验结果进行对比,验证所选参数和分析方法的合理性和有效性。在此基础上,比较同等条件下耐火钢与普通钢-混凝土组合梁的抗火性能,发现耐火钢-混凝土组合梁的抗火性能和耐火极限提高显著,因此可以减小防火涂料厚度,降低防火涂料用量。     

冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁极限承载力计算的有效宽度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁的受弯性能,对三种截面形式共计9根卷边槽钢组合工字梁进行破坏性试验研究,建立有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的正确性。接着采用有限元方法对冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁进行大量参数分析,钢种和受压翼缘宽厚比对受压翼缘有效宽厚比的影响较大,梁的长度、腹板高厚比与板件厚度对梁受压翼缘有效宽厚比的影响小。最后在对典型截面梁构件进行参数分析的基础上,得出卷边槽钢组合工字梁受压翼缘板件的有效宽厚比计算表格与计算公式,提出计算冷弯薄壁型钢梁极限承载力的有效宽度法,并通过试验验证了有效宽度法计算梁极限承载力的正确性和适用性。     

国外期刊论文简介

单调加载下弹性填充框架的有限元建模及受力性能研究；冷弯钢结构房屋的典型螺钉连接试验研究；薄壁闭合箱型组合梁的弯扭性能；火灾下有保护及无保护边梁的组合钢框架结构性能研究；轴向约束钢梁在火灾升温条件下的非线性有限元分析     

剪力对钢梁火灾响应的影响

在不考虑剪切失效的情况下,根据弯曲极限标准推导受弯构件的耐火性能。然而,在某种情况下,火灾作用下钢梁的抗剪承载力比弯矩承载力降低得更快,从而导致钢梁发生早期失效。介绍剪力对钢梁耐火性能的影响。为了研究这种现象,使用有限元软件ANSYS建立一个可以预测钢梁火灾响应的非线性有限元模型。该模型可以预测在荷载模式、腹板长细比和耐火隔热性等不同条件下钢梁的火灾响应。使用该有限元模型评估不同几何构型钢梁的火灾响应。结果显示,在某些情况下,抗剪承载力比受弯承载力降低得更快,因此,剪切失效是这种受弯构件的主要失效模式。     

冷弯薄壁C形钢-石膏基自流平砂浆组合梁受弯性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合梁的受弯性能,对未设置抗剪件、设置钢丝网以及设置Z形抗剪件的3个组合梁足尺模型进行了施工阶段、正常使用阶段和荷载极限阶段的受弯性能试验研究。考察了冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合梁在不同受力阶段的工作原理和破坏模式。试验结果表明:设置的两种抗剪件对组合梁在施工阶段和正常使用阶段的抗弯刚度影响均较小;组合梁的最终破坏模式为C形冷弯薄壁型钢梁腹板发生严重的剪切变形并伴随扭转屈曲,设置抗剪件可提高组合梁的极限荷载。在试验研究的基础上,将组合梁简化为T形截面,引入考虑组合翼板与C形梁之间相对滑动的滑移模量,提出了部分抗剪连接组合梁的抗弯刚度计算方法,用于计算组合梁的跨中挠度,计算结果与试验结果相近。     

真实火灾下足尺冷成型钢复合剪力墙结构耐火性能试验研究

冷成型钢复合剪力墙结构采用冷成型钢管混凝土边柱、半刚性连接节点、组合楼盖体系和外填充式夹心组合墙体等构件,具有整体连接性强、抗震性能优越等优势.其耐火性能研究是该结构在我国推广应用的研究重点之一.为此,建造了3栋平面尺寸为7.2m×7.2m、层高3m的单层冷成型钢复合剪力墙结构模型房屋,并对其进行了不同火灾工况下的足尺...     

基于不同种类竹板的钢-竹组合梁受弯性能对比分析

冷弯薄壁型钢分别与重组竹、竹胶板通过结构粘结剂复合成工字形组合梁,以竹板厚度、梁截面高度、薄壁型钢壁厚及翼缘宽度为参数,对冷弯薄壁型钢-重组竹组合梁、冷弯薄壁型钢-竹胶板组合梁这两种试件进行弯曲性能试验,围绕组合梁破坏形态、整体性能差异、承载力能力及其影响因素、短期集中荷载作用下变形情况进行比较。结果表明,两种钢-竹组合梁试件整体工作性能均表现良好,组合效应突出,具有较高的承载力及良好的延性;冷弯薄壁型钢-重组竹组合梁破坏形态比较单一,与此相比冷弯薄壁型钢-竹胶板组合梁破坏形态则较为多样;组合梁抗弯承载力与材料力学性能密切相关,同时随着竹板厚度、梁截面高度、薄壁型钢壁厚及翼缘宽度的增加,承载能力有效提高,且在同等情况下冷弯薄壁型钢-竹胶板组合梁提高的幅度明显大于冷弯薄壁型钢-重组竹组合梁;两种组合梁按编号对应相比较,试验参数基本相同的条件下,冷弯薄壁型钢-重组竹组合梁的正常使用极限状态和承载能力极限状态下的承载力均高于冷弯薄壁型钢-竹胶板组合梁,平均提高约35%。     

简支组合梁抗火性能参数研究

采用经试验结果验证的有限元模型,对影响组合梁抗火性能的混凝土板、钢梁、栓钉相关参数,混凝土板中的纵筋参数,钢梁防火保护层相关参数和荷载参数进行分析研究,得出了对组合梁抗火设计有益的结论。     

薄壁钢梁-陶粒混凝土装配式组合楼板受火后受力性能研究

由冷弯薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板组成的装配式组合楼板具有轻质、高强和施工方便等优点。为研究该类组合楼板的抗火性能及高温后的受力性能,对6块遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾升温作用的简支组合楼板试件进行受火后受力性能试验研究。结果表明：当施加的等效均布荷载达到2kN/m²时,受火作用后的组合楼板试件最大挠度小于跨度的1/400,且在加载过程中薄壁钢梁虽已明显扭曲、混凝土板多处开裂,但组合楼板试件未出现整体坍落现象;以普通栓钉为抗剪键的受火后组合楼板试件,其极限荷载比薄壁钢抗剪键组合楼板试件的提高14.2%;当用钢量相同时,主梁数量较多的组合楼板试件采用U形钢筋作为拉结件,其火灾后极限荷载比采用钢条拉结件的组合楼板试件的增加33%,且整体刚度也有所提高;该类组合楼板在受火后仍具有较高承载能力和整体刚度,且抗剪键类型、预制板之间设置的拉结件以及拉结件与抗剪键的连接方式均对其受火后的受力性能有较大的影响。引入组合效应系数可以较好地反映受火后组合楼板试件的组合效应及内部损伤程度。     

薄壁U形钢板加固受火后钢筋混凝土梁受力性能研究

采用外套薄壁U形钢板、内灌无收缩灌浆料加固受火后钢筋混凝土梁,该加固技术能有效避免灌浆材料脱落,具有长效的加固功能。为验证该加固方法的有效性,进行了14根混凝土梁的静载试验,研究了U形钢板厚度和受火时间对加固RC梁受弯性能的影响,以及U形钢板厚度和剪跨比对加固RC梁受剪性能的影响。借鉴常温下组合梁承载力的计算方法,给出了薄壁U形钢板加固受火后RC梁受弯和受剪承载力的计算公式。结果表明：受火1.0、1.5h后混凝土梁的受弯承载力分别降低了9.4%、10.4%,剪跨比为1.74、2.58的混凝土梁受火1.5h后受剪承载力分别降低了19.5%、10.6%。薄壁U形钢板加固受火后RC梁的受弯、受剪承载力相比未受火RC梁分别提高了127.4%~151.7%、21.3%~56.7%。在薄壁U形钢板内侧和上翼缘焊接角钢形成的内隔环能保证薄壁U形钢板和混凝土共同工作,加固后试件可作为完全剪切连接的组合梁。加固试件发生受弯破坏时内隔环承受的纵向剪力较大,而发生受剪破坏时内隔环承受的纵向剪力较小。     

火灾下带肋薄壁方钢管混凝土柱承载力分析

对带肋薄壁方钢管混凝土柱在火灾下的承载力进行了分析,考察了各重要参数对构件承载力影响系数的影响。结果表明:在火灾作用下,带肋薄壁方钢管混凝土柱的承载力损失较为严重,在一定参数范围内,截面尺寸、构件长细比和防火保护层厚度对火灾下构件承载力影响系数的影响较大,荷载偏心率、截面含钢率的影响次之,钢管屈服强度、加劲肋屈服强度、混凝土抗压强度的影响较小,加劲肋宽厚比在荷载比≤0.3且宽厚比≤25的情况下有一定影响。在构件外表面采用防火保护能有效提高耐火极限,而且厚涂型钢结构防火涂料的效果明显优于水泥砂浆保护层。     

带垫板的双肢背靠背C型钢组合柱承载力分析

针对带垫板的双肢背靠背C型钢组合柱,通过试验和有限元模拟分析,研究该类型组合柱在偏心荷载作用下的受力特性,就偏心距、长细比、垫板厚度和间距等参数对组合柱承载力、刚度与轴向荷载的关系和M-φ曲线的影响进行讨论。结果表明:C型钢腹板和受压翼缘在整体失稳之前出现了严重的局部屈曲,组合柱的破坏模式均为弯矩作用平面内的弯曲失稳。长细比、偏心距和垫板间距是影响组合柱受力性能的主要因素,垫板厚度的影响有限。最后与规范GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定的柱承载力的计算方法进行对比,对该类组合柱的承载力计算给出了相关建议和承载力计算的修正系数。     

简支钢梁抗火设计的优化分析

本文基于“双重优化设计”概念给出了简支钢梁抗火优化设计方案,利用有限元软件ANSYS对简支钢梁分别在常温条件下和一定临界温度条件下进行了截面尺寸优化设计和抗火保护优化设计。通过计算,得到了高温下简支钢梁的抗火优化设计结果随温度变化的规律,并给出了选取较优设计方案的建议。分析结果表明,利用本文给出的优化方案可以得到安全、经济、可靠的设计结果,能够节省钢材用量和防火保护材料的用量。     

钢骨混凝土偏压柱抗火极限承载力分析研究

国内外关于钢骨混凝土柱的抗火性能试验和理论研究非常少。本文采用有限元方法对钢骨混凝土偏压柱的抗火性能进行研究,首先以相关试验数据对分析理论与计算程序的可靠性进行验证。在此基础上,在标准火灾升温作用下用数值计算方法对钢骨混凝土偏压柱的混凝土强度、钢骨强度、钢骨含钢率、长细比、偏心率、截面尺寸和受火时间等高温极限承载力影响参数进行'计算分析,并分别给出了拟合计算式,可供钢骨混凝土偏压柱抗火设计参考。