钢管混凝土柱火灾后剩余承载力的试验研究

通过对6个圆形截面和6个方形截面钢管混凝土柱按ISO-834和GB9978-88规定的标准升温曲线升温作用后承载力的试验研究,研究钢管混凝土柱在标准升温曲线作用后力学性能和剩余承载力的变化规律。考察了构件长细比和荷载偏心率等因素对承载力损失率的影响。研究结果表明:在本次试验参数范围内,火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重,带护保护层的构件次之。在其它条件相同的情况下,与常温下的承载力相比,长细比越大,构件火灾后承载力的损失率越高。荷载偏心率则对火灾后构件承载力的损失率影响不大。本文的研究成果可为有关钢管混凝土工程进行火灾后修复加固时提供参考。     

内配型钢方钢管混凝土偏压构件受火全过程数值模拟

内配型钢钢管混凝土构件由于其较高的承载力、较好的延性及耗能能力在工程实践中具有良好的发展前景,该文运用ABAQUS有限元软件,在合理选取钢材、混凝土本构热力模型的基础上,采用顺序热-力耦合的方法建立了内配型钢的方钢管混凝土偏心受压柱火灾全过程的数值模型,计算了其火灾全过程作用下的轴向荷载-位移曲线,分析了截面应变、应力的变化情况及火灾全过程作用下各组件的荷载分配情况,最后对影响极限承载力的主要因素进行了参数分析,发现火灾荷载比、升温时间比、长细比、荷载偏心率及钢管含钢率等因素对构件承载力的影响较为显著。     

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。     

三面受火的内配型钢方钢管混凝土柱火灾全过程分析

采用有限元软件ABAQUS建立了标准火灾作用下内配型钢方钢管混凝土柱的热力耦合模型,并与已有的试验进行了对比和验证。计算了该类构件在火灾全过程作用下的荷载-轴向位移、荷载-跨中侧向位移的关系曲线,分析了该类构件在常温加载、升温、降温、火灾后再加载四个阶段的应力变化情况,并将强轴和弱轴两种加载方式下的结果进行了对比。在此基础上,对影响火灾后剩余承载力影响系数的主要参数进行了分析。结果表明:火灾荷载比、升温时间比、长细比等因素对该类构件火灾后剩余承载力有较显著的影响。     

多室式钢管混凝土T 形短柱的非线性分析

通过定义等效方形截面和改变混凝土强约束区、弱约束区界线底角来衡量多室式T形截面内钢材对混凝土的整体约束作用,依据轴压试验结果修正了Mander 约束混凝土模型中有效侧向约束力及下降段的表达式,建立了核心混凝土的本构关系。应用ABAQUS 对8 个多室式钢管混凝土T 形短柱试件的轴压性能进行了模拟,模拟结果与试验数据的对比表明,该本构关系能较好地适用于对构件性能的非线性分析。在此基础上探讨了构件中钢材和混凝土的共同工作情况,发现其工作机理与其它截面形式的钢管混凝土柱较为一致。将多室式钢管混凝土T形柱视为由3个矩形钢管混凝土部件折减钢板后组成,应用叠加原理得出了构件的强度承载力公式,可供实际应用参考。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压承载力

在钢板中部位置设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。该文介绍了8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验,结果表明约束拉杆的设置延迟钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱承载力的提高;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。采用带约束拉杆L形钢管的管内核心混凝土本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱进行参数研究,分析了钢材屈服强度、截面含钢率、混凝土强度、拉杆约束系数及荷载角对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱双向压弯承载力的简化计算公式。     

矩形冷弯型钢钢管混凝土柱的力学性能研究

进行了8个冷弯型钢钢管混凝土构件的试验,表明其具有良好的力学性能。在确定组成矩形冷弯型钢钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值解法对其轴压、纯弯和压弯构件的荷载-变形关系进行了全过程分析,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上,提供了轴压、纯弯和压弯构件承载力的实用计算方法。     

圆、矩形钢管混凝土短斜柱力学性能试验研究

该文对6 个圆钢管混凝土短斜柱、10 个矩形钢管混凝土短斜柱进行了竖向荷载作用下的试验研究,探讨了倾斜角度对圆、矩形钢管混凝土短斜柱抗压力学性能的影响,建议了圆、矩形钢管混凝土短斜柱强度承载力计算式。结果表明:1) 随着倾斜角度的增加,圆、矩形钢管混凝土短斜柱极限承载力和刚度均有下降的趋势;2) 建议的极限承载力计算式计算结果与试验结果总体上较为吻合,可用来预测圆、矩形钢管混凝土短斜柱的截面强度。     

带约束拉杆L形截面钢管混凝土的本构关系

分析了带约束拉杆L形截面钢管混凝土在轴压下的受力机理,在确定带约束拉杆L形截面钢管混凝土有效约束区域合理形状的基础上,将带约束拉杆L形截面钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,对截开面的性质和截开面上的边界条件进行合理假设;借鉴约束混凝土的本构关系建立了带约束拉杆L形截面钢管混凝土的等效单轴本构关系,并根据试验数据确定了本构关系中的参数。用建议的本构关系对有关试件进行了荷载-应变全过程分析,荷载-应变的理论计算曲线和试验曲线吻合良好。     

钢管混凝土哑铃形短柱轴压试验研究

进行了10根钢管混凝土哑铃形轴压短柱的试验。试验参数为两管间距、腹板间距以及腹板有无拉杆加劲。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、圆管与钢腹板的荷载-应变曲线和荷载-组合材料泊松比曲线。分析结果表明,在哑铃形轴压构件中的圆钢管混凝土与单圆管钢管混凝土的受力性能基本相同,腹腔内的混凝土有受到约束作用,钢腹板与圆钢管交接处的焊缝开裂是构件最后破坏的主要特征。在试验分析的基础上,提出了钢管混凝土哑铃形轴压短柱承载力的简化计算方法。     

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。     

Fire resistance of double-skinned composite tubular columns including concrete confinement

Double-skinned composite tubular (DSCT) columns consisting of concrete cast between outer and inner tubes have been developed to overcome certain limitations of other columns, such as the large self-weight of concrete-filled tubular columns and lack of concrete confinement of hollow concrete-filled tubular columns. The strength and ductility of the column are enhanced by the continuous confining stress provided by the inner tube. Their excellent structural performances make them particularly suitable for applications in high-rise buildings. However, if a high-rise building is damaged by fire, the economic costs associated with building repair can be high. It is very important to put the fire-damaged building back into service with the minimum post-fire repair. Thus, to predict the status of a structure under fire, its behavior should be evaluated based on the fire duration. Studies on the fire resistance of DSCT columns have been carried out for this purpose. However, they have involved the performance of the entire system without considering the effects of the DSCT column’s components on the fire resistance. In this paper, the behavior of a DSCT column is investigated under an ISO-834 standard fire using an analytical method. The evaluation method for the fire resistance of a DSCT column utilizes a thermal analysis and Eurocode. In addition, the relationship between the DSCT column’s components and the fire resistance is investigated, considering the confining effect. Moreover, the behavior of the DSCT column is evaluated through parametric studies of the hollow ratio, thickness of the outer tube, and thickness of the inner tube.     

外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究

为研究外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能,采用ABAQUS对该类组合构件的耐火极限进行了有限元分析。对比分析了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱与普通外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱受火机理的不同。研究了截面直径、空心率、荷载比和材料强度对构件耐火极限的影响。研究结果表明:外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱比外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱具有更好的耐火性能;该类构件的耐火极限受截面直径和荷载比的影响较大,空心率和材料强度对构件的耐火极限也有一定影响。在参数分析基础上给出了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的抗火设计建议。     

高强中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能试验研究

针对应用高强钢与超高强混凝土的中空夹层钢管混凝土柱,开展了轴心受压柱的标准耐火试验,得到了不同截面形状、边界条件、涂料厚度、荷载比条件下该柱的耐火极限,提出了表征柱耐火性能的延性指标,探讨了高强柱与普通柱耐火性能的差异。试验结果表明：高强中空夹层钢管混凝土柱的受火时间-位移响应与普通柱相似,受火前期膨胀而后期压缩变形进一步增大达到耐火极限。参数分析表明：相同条件下,应用高强钢的中空夹层柱其耐火极限低于应用普通钢的中空夹层柱,而应用超高强混凝土的中空夹层柱其耐火极限则高于应用普通或高强混凝土的中空夹层柱。此外,该文分别基于欧洲规范4中轴心受压柱和压弯构件的常温承载力计算模型,运用材料高温力学参数,计算了该柱高温屈曲承载力与耐火极限,计算结果与试验结果吻合较好。     

火灾后钢筋混凝土柱的剩余承载力研究

对ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的剩余承载性能及方形柱剩余承载力的实用计算方法进行了研究。结合高温后混凝土和钢筋的本构模型及虚梁法,建立了火灾作用后钢筋混凝土柱剩余承载力的数值分析模型,并编制了相应的程序CAFIRE,程序考虑了轴力的二阶效应。利用程序分析了相关参数对标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的影响规律。针对不同受火时间、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等情况,共进行了2700种工况下钢筋混凝土方形柱剩余承载力分析。在计算结果的基础上,定量给出了标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的实用计算方法。最后利用程序比较了不同受火时间后相同横截面面积、相同配筋率、不同截面形状混凝土柱的剩余承载力。     

矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点力学性能试验研究EI北大核心CSCD

针对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点在高层建筑工程中存在传力不直接,施工难度大,施工质量难以保证的问题,结合北京CBD核心区Z13地块超高层项目,提出了矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点,对不同配筋率的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点试件进行低周往复加载试验,研究节点的滞回性能、破坏形态、耗能能力和延性等力学性能。并与传统的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁焊接牛腿式连接节点和矩形钢管混凝土柱-混凝土梁套筒牛腿式连接节点进行性能对比。在试验基础上,对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点受力性能进行理论分析并推导适用的设计公式。结果表明:矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点与另外两种类型节点相比有较强的承载能力,能够满足“强节点,弱构件”及传递竖向荷载的结构设计要求,并且便于施工、质量可靠。在此基础上进行理论分析,提出节点受弯承载力设计公式并推荐型钢牛腿截面按照承担梁端剪力80%进行截面设计,为矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点设计提供技术支撑。     

高温后钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究

采用落锤冲击实验机进行了高温作用后钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究,通过试验研究试件所经历的最高温度、升降温全过程中轴压力水平、冲击速度、冲击能量和含钢率等参数对高温后钢管混凝土抗冲击性能的影响。试验量测了钢管混凝土应变、冲击力和压缩变形时程曲线,试验结果表明,试件所经历的最高温度、冲击速度、冲击能量和含钢率均对高温作用后钢管混凝土的动态力学性能有显著的影响,而升降温全过程中轴压力水平的影响较小。试件的轴向和径向残余变形随着试件所经历的最高温度、冲击能量、轴压比的增大而增大,随着含钢率的增大而减小。高温后钢管混凝土在冲击作用下产生了较大的压缩变形,延性有所下降,但仍能够保持很好的完整性,说明钢管混凝土在高温作用后有良好的抗冲击能力。