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。     

约束高强度Q460钢梁的抗火性能

为了研究约束高强度Q460钢梁的抗火性能,在已有约束钢梁分析理论的基础上,引入残余应力,提出了约束钢梁的抗火性能分析方法,并采用普通强度约束钢梁试验数据对分析方法进行了验证。考虑高强度Q460钢材高温下力学性能参数,利用所提出的方法分析了约束高强度Q460钢梁的抗火性能,并与普通强度Q345钢梁进行了对比。对影响约束高强度Q460钢梁的抗火性能参数进行了分析,包括荷载比、残余应力、轴向约束刚度、转动约束刚度和受火方式等。研究表明:所提出的分析方法准确可靠,高强度Q460钢梁抗火性能与普通强度钢梁具有较大的区别,高强度Q460约束钢梁的抗火性能明显优于普通强度约束钢梁。荷载比、轴向约束刚度、转动约束刚度、受火方式对高强度Q460约束钢梁有较大影响。     

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。     

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。     

高强钢结构抗火性能研究现状

随着近年来冶金技术的不断精进,越来越高强度的结构钢不断出现,其优异的物理、力学性能使其迅速应用到相关工程中。而与普通钢材类似,高强度钢结构抗火性能问题仍然十分突出。近20年来,高强钢抗火性能研究也开始起步。本文通过对高强度钢结构的钢材火灾高温与火灾后力学性能、高强钢构件和节点抗火性能、高强钢结构抗火性能方面进行了系统的考察和总结,最后对研究不足的问题进行讨论与展望。目前高强钢结构抗火性能研究还处于初步阶段,研究表明,高强钢的高温力学性能与抗火性能与已有的国内外相关规范均有不同程度的偏差,不能直接套用。     

火灾下防火装饰一体化钢梁抗火性能研究

为研究采用防火装饰一体化构造的钢梁在火灾下的温度场和承载力,通过基于ANSYS软件建立的分析模型对不同截面尺寸和不同耐火极限的钢梁进行抗火性能研究,并给出了计算钢梁承载力的简化公式,公式计算结果与有限元结果吻合情况较好.     

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。     

高温蠕变对高强度Q460钢柱抗火性能的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显的蠕变变形,从而对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。为了研究高温蠕变对高强度Q460钢柱抗火性能的影响,采用ANSYS有限元程序建立了考虑蠕变的钢柱抗火分析模型,利用普通钢柱试验数据对其进行了验证。引入高强度Q460钢材在高温下的力学参数和高温蠕变参数,利用有限元方法进行了考虑蠕变效应的高强度Q460钢柱在多个参数下的抗火分析,与普通钢柱和现行CECS 200∶2006《建筑钢结构防火技术规范》的计算结果进行了对比。结果表明:长细比、荷载比、升温速率对考虑蠕变效应后高强度Q460钢柱的抗火性能有明显的影响。高强度Q460钢柱的抗火性能优于普通钢柱,CECS 200∶2006中钢柱的抗火设计结果不适用于高强度Q460钢柱。     

钢框架的抗火性能数值模拟

采用有限元分析软件对不同保护层厚度的平面钢框架结构在火灾下的反应进行数值模拟,通过对钢框架的非线性分析,将整体结构反应进行对比,以期为工程应用提供指导。     

我国钢筋混凝土材料抗火性能研究回顾与分析

在对大量文献进行研究与对比分析的基础上，回顾了近40年来中国在混凝土与钢筋材料抗火性能方面的研究成果，包括混凝土的高温热工性能及力学性能、钢筋的高温力学性能及高温中(后)混凝土与钢筋之间的粘结性能等。结果显示：高温会使混凝土和钢筋的力学性能衰减，使钢筋与混凝土之间的粘结性能大幅下降，但由于试验对象、方法和设备上的差异，试验结果呈一定离散性。     

钢管混凝土柱抗火性能浅析

介绍了钢管混凝土柱的特点及其抗火性能研究的必要性,分析其抗火性能机理及其主要的影响因素,包括截面尺寸、含钢率、长细比、保护层厚度、边界条件、受火情况等,提出了进行钢管混凝土结构构抗火性能研究的几个关键问题。     

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。     

基于ANSYS的钢梁抗火性能分析

该文采用有限元软件ANSYS建立两端刚接的钢梁模型,并应用热—结构耦合分析方法,模拟钢梁火灾下的反应,对构件进行了温度和力学分析,得到了钢梁的耐火极限和临界温度,以及各时刻的变形和温度场,为钢结构的设计以及施工提供理论依据。     

约束钢柱抗火性能试验研究

介绍了一组约束钢柱抗火试验,包括试验设计、钢柱温度和位移测量结果、钢柱试验后残余变形,以及试验的数值模拟等。试验变化参数为钢柱所受约束的刚度。约束刚度大小对钢柱抗火性能的影响包括:约束刚度比大的钢柱,其屈曲温度和破坏温度均较低;钢柱屈曲后,约束刚度比大的钢柱在变形较小时即可达到新的平衡位置;约束钢柱的破坏温度一般高于其屈曲温度,且随轴向约束刚度比的增大,破坏温度与屈曲温度之差增大。试验结果与有限元分析结果进行了对比,两者吻合较好,有限元方法研究约束钢柱抗火性能具有较高的精度。     

钢网架结构的抗火性能研究分析

以钢网架结构为研究对象,系统地分析了钢网架结构的抗火性能及其影响因素。     

超高层整体结构的抗火性能分析

基于性能化对超高层整体结构的抗火安全性进行评估,介绍钢结构的抗火设计方法。利用大型通用有限元软件ABAQUS对最不利火灾场景下整体结构进行抗火性能分析,按照规范要求对相应钢构件进行抗火承载力验算,根据分析结果提出结论和建议。     

钢筋砼材料抗火性能研究动态述评

本文在大量阅读中外文献的基础上,总结了目前国内外钢筋砼材料抗火性能研究的现状,包括高温下和高温后钢筋和砼的热工性能和力学性能,钢筋和砼的粘结性能等。     

带有残余应力的钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能研究

为研究残余应力对钢梁内嵌式的预应力简支组合梁在火灾效应下的受力性能的影响,通过ABAQUS软件建立钢梁内嵌式的预应力简支钢-混组合梁几何非线性和材料非线性的有限元模型,利用热力-耦合法计算组合梁在高温下的结构响应行为。通过对梁的截面温度、整体挠度和跨中挠度、跨中截面应力分布、拉索应力和塑性变形、梁的整体曲率和跨中曲率等特性在高温下的结构响应进行考察,探究工程应用中常见初始残余应力对组合梁的影响机理。结果表明：残余应力主要是通过影响钢梁的截面模量,进而对钢梁的截面抗弯刚度产生影响,在升温后期或当钢梁开始进入塑性状态时,残余应力的影响逐渐减小。残余应力在钢梁腹板上的分布能较为明显的影响组合梁的承载能力,分布形式不同影响效果也不同。残余应力主要影响了组合梁中钢梁的截面刚度,进而也影响了组合梁的挠度幅度、曲率分布、中和轴高度以及拉索内力变化。     

组合楼板抗火性能研究现状及有限元分析

指出压型钢板-混凝土组合楼板是一种十分合理的结构形式,能充分发挥两种不同材料的受力性能,对压型钢板-混凝土组合楼板抗火性能研究现状及其非线性有限单元法分析的基本理论做了介绍,以推广压型钢板-混凝土组合楼板的应用。