高强度Q460钢梁抗火性能研究(Ⅱ)——理论验证

系列文章的第1篇已经对高强度Q460钢梁高温下的抗火性能进行了理论分析,给出了高强度Q460钢梁的温度分布和极限承载力、临界温度和稳定系数的计算方法。该文采用有限元分析对高强度Q460钢梁的温度分布和极限承载力进行了计算,并将计算结果与理论分析和试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。对高强度Q460钢梁和普通Q235钢梁的抗火性能进行了对比,得到两者在抗火性能方面的区别。提出了高强度Q460钢梁抗火设计的简化方法,并通过一个算例演示了简化设计方法的使用。     

约束钢梁抗火性能研究进展分析

约束钢梁的性能是近年来建筑结构领域的热点研究领域之一,其火灾特性尤为重要。文章总结了约束钢梁抗火性能研究现状,对高温性能研究进展方面进行了概括,在已有研究成果的基础上,考虑了悬链线效应、蠕变效应等因素对约束钢梁的影响,最后对约束钢梁抗火研究领域进一步的工作进行了探讨和展望。     

高强度Q460钢梁抗火性能研究(Ⅰ)——理论分析

为了得到高强度Q460钢梁高温下的抗火性能,采用有限差分法推导了高温下高强度Q460钢梁的截面温度计算方法并计算了温度分布,提出了钢梁各个组件温度的修正公式。基于常温下钢梁的整体稳定临界弯矩,根据Q460钢材的高温力学性能参数,分析得到了高强度Q460钢梁高温下临界弯矩和整体稳定验算参数;并利用等效刚度法考虑了温度不均匀分布的影响,研究了高强度Q460钢梁在不均匀温度下的极限承载力、临界温度和稳定系数。     

高温蠕变对约束高强度Q460钢梁抗火性能的影响

高温和荷载共同作用下钢材产生明显的蠕变变形,对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大影响。为了研究钢材高温蠕变对约束高强度Q460钢梁抗火性能的影响,采用ANSYS有限元软件建立约束钢梁结构分析模型,引入普通钢材高温力学性能和蠕变特性,分析了约束普通Q345钢梁的火灾响应,并与试验结果进行了对比,验证了模型的正确性。采用验证后的模型,引入高强度Q460钢材的高温力学性能和蠕变模型,分析了高温蠕变对约束高强度Q460钢梁抗火性能影响的程度,并将约束普通Q345钢梁和高强度Q460钢梁的抗火性能进行了对比。最后对考虑蠕变效应后影响约束高强度Q460钢梁的抗火性能参数进行了分析。研究表明,钢材高温蠕变对约束高强度Q460钢梁的抗火性能影响很大,蠕变不利于约束Q460钢梁抗火承载力的发挥;约束高强度Q460钢梁比普通Q345钢梁的抗火性能好,约束钢梁的极限状态可以按钢梁达到轴向最大拉力时进行设计。     

高强度Q460钢柱抗火性能研究

采用恒温加载方式和振动法分别对Q460钢材高温下的强度和弹性模量进行试验研究,得到了Q460钢材的力学性能随温度的变化曲线。考虑高强钢Q460高温下力学性能和柱的初始缺陷,对常温下计算钢柱极限承载力的三种方法,即临界应力法、逆算单元长度法(ICSL法)和压杆挠曲线法(CDC法)进行延伸并得到Q460轴心受压柱高温下极限承载力。通过算例对三种方法的计算结果进行比较,并采用有限元分析对极限承载力计算结果进行验证。计算不同荷载比下高强度Q460钢柱的临界温度,将高强Q460钢柱与《建筑钢结构防火设计规范》CECS200:2006中给出的普通钢柱的高温极限承载力和临界温度进行对比。研究表明:高强度Q460钢高温下力学性能与普通钢差别较大,强度和弹性模量随温度升高降低较慢;三种方法计算高温下Q460钢柱极限承载力的结果基本一致并与有限元分析结果吻合较好;普通结构钢柱的稳定系数和临界温度与高强度Q460钢柱有较大差别,《建筑钢结构防火设计规范》CECS200:2006中给出的普通结构钢柱抗火设计结果不适用于高强度Q460钢柱。     

轴向约束钢柱的抗火性能分析

应用ANSYS软件计算了钢柱在标准的升温模式下的温度场,然后利用ANSYS的耦合分析,将温度场导入结构分析中,分析了火灾下两端简支的轴心受压钢柱随温度升高时的力学性能并与理论计算结果进行了比较。对柱的轴向约束刚度以及荷载比对轴心受压柱受力性能的影响作了进一步的分析,阐述了轴向约束钢柱在火灾下的变形及轴向附加荷载的一些规律,可为钢柱的抗火设计提供一定的参考价值。     

浅析钢管混凝土结构抗火性能

分析了钢管混凝土结构抗火性能的研究现状，探讨了钢筋混凝土结构抗火性能研究的几个关键问题，从火灾燃烧模化、温度场全过程、结构抗火性能全过程等方面研究了结构火灾作用，以降低钢管混凝土结构的防火造价。     

蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中结构的变形和受力性能。现有的蠕变模型较多,但没有一个广泛适用的蠕变模型。不同的蠕变模型对钢结构抗火分析结果有很大影响。为了量化蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响,对5种常用的蠕变模型进行了对比分析。采用编写的约束钢梁计算程序,分别计算5种蠕变模型下约束钢梁的抗火性能并与试验数据进行对比。结果表明,采用Norton蠕变模型的计算结果与试验数据吻合最好。最后对影响约束钢梁抗火性能参数进行了研究,研究发现,Harmathy蠕变模型对约束梁抗火性能分析结果影响最大;不同蠕变模型对不同荷载比、约束刚度下的约束钢梁抗火性能影响程度均不同。     

现代木结构抗火性能研究进展

现代木结构建筑具有结构体系明确、传力路径清晰、用材固碳环保和综合功能优越等特征,是3大装配式建筑形式之一,在国外发达国家和地区应用广泛。相较于其它建筑结构体系,木结构建筑具有突出的节能减碳效果,因此,近年来在我国的科学研究和工程应用领域日益受到重视。文章主要通过分析全球木材资源供给情况,系统阐述限制我国现代木结构发展的抗火性能研究现状,建议从加强宣传引导、着力资源保障、抗火性能提升和技术创新4个层面入手,旨在推动现代木结构在我国的可持续发展和规模化工程应用。     

考虑蠕变和残余应力释放的Q460钢柱抗火设计方法

承受荷载的钢结构在火灾下可发生明显的蠕变变形,钢结构中的焊接残余应力在火灾下也会一定程度地释放,因而高温蠕变变形和残余应力会对钢柱的耐火性能产生影响.为了准确地对高强度Q460钢柱进行抗火设计,有必要定量分析高温蠕变和残余应力释放对钢柱承载力的影响.采用电炉对2根焊接H形Q460钢柱进行耐火试验,得到无保护Q460钢柱...     

高强Q460钢高温冷却后力学性能研究

为了评估高强Q460钢高温冷却后的力学性能,采用电炉对高强Q460钢进行加热升温,再采用自然冷却或浸水冷却方式冷却,然后进行拉伸试验,获得了高温冷却后高强Q460钢的应力-应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和极限伸长率.将高温冷却后高强Q460钢和普通Q235钢的屈服强度、极限强度和弹性模量进行对比.结果表明:高温后高强Q460钢力学性能与常温下力学性能相比有所变化,尤其是当温度超过700℃时,变化基本较大;700℃后,不同冷却方式对高强Q460钢极限强度和极限伸长率影响较大,浸水冷却后钢材的极限强度明显高于自然冷却后钢材的极限强度,而浸水冷却后钢材的极限伸长率则明显低于自然冷却后钢材的极限伸长率;高强Q460钢弹性模量和屈服强度受冷却方式的影响较小;高温冷却后高强Q460钢与普通Q235钢屈服强度、极限强度和弹性模量折减系数存在差异.     

An approach for evaluating fire resistance of high strength Q460 steel columns

To develop a methodology for evaluating fire resistance of high strength Q460 steel columns, the load bearing capacity of high strength Q460 steel columns is investigated. The current approach of evaluating load bearing capacity of mild steel columns at room temperature is extended to high strength Q460 steel columns with due consideration to high temperature properties of high strength Q460 steel. The critical temperature of high strength Q460 steel column is presented and compared with mild steel columns. The proposed approach was validated by comparing the predicted load capacity with that evaluated through finite element analysis and test results. In addition, parametric studies were carried out by employing the proposed approach to study the effect of residual stress and geometrical imperfections. Results from parametric studies show that, only for a long column (slenderness higher than 75), the magnitude and distribution mode of residual stress have little influence on ultimate load bearing capacity of high strength Q460 steel columns, but the geometrical imperfections have significant influence on any columns. At a certain slenderness ratio, the stability factor first decreases and then increases with temperature rise.     

Q460高强钢焊接工字形截面简支梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定性能,对跨中无侧向支撑的3个双轴对称和6个单轴对称焊接工字形截面简支梁进行了整体弯扭屈曲试验。实测了试件的截面残余应力和初始几何缺陷,并分析其整体弯扭屈曲变形特征和稳定承载力。建立考虑残余应力和初始几何缺陷的有限元模型对简支梁受力进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,基于试验验证的有限元模型计算了大量不同截面尺寸和跨度的Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定承载力。将试验和有限元参数分析结果与GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ/T 483—2020《高强钢结构设计标准》、欧洲规范EN 1993-2005和美国规范ANSI/AISC 360-2016的简支梁整体稳定系数公式的计算结果进行比较,结果表明GB 50017—2017和ANSI/AISC 360-2016的计算结果偏于不安全,EN 1993-2005的计算结果过于保守,JGJ/T 483—2020的计算结果偏于安全且最为接近。最后,在JGJ/T 483—2020的简支梁整体稳定系数计算公式基础上引入增大系数,并根据截面高宽比的不同,取用不同的长细比指数对该公式予以修正,修正后的公式更适用于Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的设计计算。     

高强度钢柱高温下承载力数值计算方法

为了对建筑结构中的高强度钢柱进行抗火设计和验算,研究了高强度钢柱在高温下的极限承载力数值计算方法.考虑温度对高强度钢材力学性能的影响,对常温下钢柱极限承载力计算的逆算单元长度法进行了延伸,编制了高温下高强度钢柱极限承载力计算程序.采用编制的程序对高强度钢柱在高温下的极限承载力进行了计算,将计算结果与有限元分析结果进行了...     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。