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钢柱抗火性能试验

为获得高强度Q460钢柱的抗火性能,采用火灾试验炉对4个约束Q460钢柱进行抗火性能试验,试验采用恒载升温模式和ISO-834标准升温曲线,考虑了两个约束刚度和两个荷载比,测量了钢柱受火过程中的温度、轴向位移和跨中挠度,并得到了约束Q460钢柱的屈曲温度和破坏温度,采用约束钢柱的轴力放大系数方法计算了试件的破坏温度并和试验结果进行对比.研究表明:轴向约束刚度和荷载比对Q460钢柱的抗火性能影响较大,相同荷载比下轴向约束刚度大的钢柱破坏温度低,相同约束刚度下荷载比大的钢柱破坏温度低;轴力放大系数方法可以确定约束高强度Q460钢柱的临界温度.     

柱端不同约束H型截面钢柱抗火性能研究

为探讨火灾作用下裸露H型截面钢柱的抗火性能和破坏模式,对2根不同柱端约束的H型截面钢柱在相同荷载水平作用下的抗火性能进行试验研究。采用自行研制的柱炉对试件进行模拟火灾试验,试验升温曲线很好地模拟了火灾燃烧特点,试验中测得了钢柱的变形曲线和温度分布。结果表明:在火灾作用下,裸露钢柱在较高温度下具有较好的抗火能力,增强柱端约束可以提高其抗火性能。     

改进型装配式钢牛腿节点抗火性能试验研究

为了解采用不锈钢螺栓和增设焊缝对装配式钢牛腿节点抗火性能的影响,进行了3个ASTM-E 119升温模式下改进型钢牛腿节点抗火性能试验,获得了钢牛腿的温度分布、节点变形、破坏形态和耐火极限.建立了节点抗火分析有限元模型,通过与试验数据对比验证了模型的准确性.研究结果表明:采用不锈钢螺栓和增设焊缝均能有效提高节点的耐火极限...     

弯矩分布模式对约束PEC柱抗火性能的影响

在实际火灾中,结构中的柱子可能受到轴力和不同分布模式弯矩的共同作用。弯矩分布模式的不同将导致柱的抗火性能产生一定差异。考虑结构中柱的实际受力状态,建立了ISO-834标准升温条件下四面受火约束PEC柱有限元模型,分析了不同轴向约束刚度比、荷载比和偏心率等参数情况下弯矩分布模式对约束PEC柱抗火性能的影响。结果表明,荷载比和偏心率较小时,不同的弯矩分布模式对PEC柱的变形特征和轴力变化系数影响不大;随着荷载比和偏心率的增大,对弯矩分布模式的影响变大。在其他参数相同的情况下,均匀弯矩分布模式下柱的耐火极限最短;三角形弯矩分布模式和异号弯矩分布模式下PEC柱耐火极限差别不大。     

耐火钢-混凝土组合梁耐火极限和承载力

为了得到标准升温下耐火钢-混凝土组合梁截面抗弯极限承载力-时间曲线和一定荷载比下组合梁的耐火极限,基于舞钢耐火钢Q345-FR钢板高温力学性能试验结果,采用有限元方法对耐火钢-混凝土组合梁的抗火性能进行高温稳态分析和瞬态分析.考察混凝土板尺寸、钢梁截面尺寸、涂料厚度、荷载比等参数对高温下组合梁承载力和耐火极限的影响.提出耐火钢组合梁高温下承载力和耐火极限计算公式,公式计算结果与有限元结果非常吻合.将有限元计算结果与规程CECS200:2006方法的计算结果进行对比分析,结果表明规程方法偏于保守,受火时间越长,保守程度越大;建议将腹板和下翼缘的温度分开计算,修正后的规范方法计算耐火钢-混凝土组合梁的抗火性能更为合理.     

H型钢梁(端板连接)火灾行为的试验研究

为研究钢结构抗火性能,对4根端板连接H型钢梁进行火灾行为的试验研究.全部火灾试验在自行研制的火灾试验炉上进行,采用足尺试验形式,考虑跨度、荷载大小两个主要因素.钢梁跨度分别为4 200,3 600 mm,荷载比率分别为0.48,0.78.得出钢梁的温度场分布、变形情况及端板连接、轴向约束对钢梁的影响.结果表明:H型钢梁在火灾作用下发生局部屈曲和弯扭屈曲现象;端板连接、轴向约束对H型钢梁的火灾行为影响明显;钢梁进入大变形阶段后,轴向约束压力变为轴向约束拉力,轴向拉力有阻止钢梁自身进一步变形的作用,即发生了悬链线作用.     

标准升温下PEC柱的耐火极限分析

确定了高温下钢材和混凝土的热工参数和应力-应变关系模型,建立了标准升温条件下局部填充混凝土(Partial Encaed Concrete,PEC)柱抗火性能分析的有限元模型,计算了火灾下PEC柱的变形曲线及耐火极限。计算结果经已有试验数据的验证,吻合较好。分析表明,无耐火保护PEC柱的耐火极限小于现有抗火标准的要求,分析模型可为进一步研究PEC的抗火性能及设计方法提供参考。     

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》（GB 51249-2017）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。     

轴力作用下基于子结构模型的约束PEC柱耐火极限研究

利用有限元软件ABAQUS,建立了包含部分梁、柱的约束PEC柱子结构温度场和力学分析模型,应用约束PEC柱的抗火试验数据验证了模型的合理性。采用上述模型分析了轴力比、轴向约束刚度、约束梁跨度、柱长度以及梁上荷载大小对轴力作用下约束PEC柱耐火极限的影响规律,并建立了该类构件的耐火极限简化计算公式。结果表明,轴力比和柱长度对轴力作用下约束PEC柱的耐火极限有较大影响,而轴向约束刚度、约束梁跨度及梁上荷载的影响很小;轴力比是影响柱耐火极限的重要参数,耐火极限随荷载比的增大迅速降低。给出的耐火极限计算公式可供约束PEC柱耐火设计参考。     

Catenary action of restrained steel beam against progressive collapse of steel frameworks

The changing law of internal forces during the whole deformation development process was analyzed. The process was divided into five stages based on the internal force state of the beam and the assumptions of internal force relationship of five stages were proposed. Then, the formulas for determining the midspan deflection of the steel beam under distributed load, which was restrained both in rotational and axial directions, were obtained using restraint coefficient method and rigid-plastic mechanism, thereby the deformation development process was expressed accurately in a quantified way. Priority was given to the analysis of the process from bending to tension-bending, then the final state totally depends on tension to resist the external loads, that is the problem of catenary action of the restrained beam under distributed load. Additionally, finite element analysis was carried out with software ABAQUS6.7 on a restrained steel beam under distributed load with different axial and rotational restraint coefficients. The accuracy of the formulas presented was verified by the results of the behavior of the restrained beams. Finally, error analysis was conducted and some formulas were corrected according to the reasons of errors. The calculated results of corrected formulas match the FEM analysis results better, thus the accuracy of these formulas is improved.     

钢管自应力混凝土轴压柱的徐变计算模型

为了正确估计钢管自应力混凝土轴压柱的徐变及其对轴压柱长期性能的影响,对钢管自应力混凝土轴压柱的徐变计算模型进行了试验与理论分析.通过试验研究了钢管自应力混凝土轴压柱的长期力学性能,利用龄期调整的有效模量法建立了钢管自应力混凝土轴压柱在长期荷载作用下的徐变分析模型.结果表明:荷载作用一年后的钢管自应力混凝土轴压柱的极限承载力高于没有施加荷载的试件,所建立的徐变计算模型可以较好地模拟钢管自应力混凝土轴压柱的徐变试验结果;与普通混凝土相比,钢管约束下的自应力核心混凝土长期变形很小,但是引起的应力重分布不容忽视;含钢率对钢管自应力混凝土轴压柱长期变形性能的影响较为显著.     

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...     

爆炸下考虑钢梁翼缘变形的改进单自由度法

为解决爆炸下结构产生较大局部变形时采用等效单自由度方法计算结构整体位移会出现较大误差甚至错误的问题,在单自由度理论基础上,以工字型钢梁为研究对象,通过分析翼缘局部变形对钢梁整体位移的影响规律后,基于提出的钢梁截面简化变形模型对其弯曲抗力函数进行改进,提出钢梁抗爆分析的改进单自由度方法。通过有限元软件ABAQUS数值模拟不同爆炸工况下钢梁的动态位移响应与破坏特征,并与单自由度模型及改进单自由度模型的计算结果进行对比,研究了不同计算模型下钢梁的位移及破坏差异。结果表明：与有限元模拟结果相比,钢梁翼缘局部变形越大,单自由度模型计算结果偏小越严重,而改进单自由度模型计算结果较好,可以更好地适用于钢梁抗爆分析的位移简化计算。     

几种边界约束条件下受火钢梁行为的比较分析

本文基于有限元数值模拟结果,通过对几种极端端部约束钢梁在火载荷作用下行为的参数分析,系统比较了简支、铰支和固支等几种典型极端边界约束钢梁的火灾行为发展过程,重点讨论了各自的临界温度,并分析了载荷比、跨度、载荷类型等参数对钢梁火灾行为的影响。结果表明：对于不同的约束情形,受火钢梁的行为发展形态各不相同;载荷比、跨度对钢梁的行为有较大影响,而载荷类型对钢梁火灾下的行为影响较小,甚至于可以忽略。     

柔性连接钢梁火灾行为的试验研究

对4根柔性连接H型钢梁进行了火灾行为的试验研究．试验采用足尺试验形式，试验中考虑了跨度、荷载大小两个主要因素．钢梁跨度分别为4200mm和3600mm．荷载比率分别为0．31和0．52．通过试验，得出了钢梁的温度场分布和变形情况．试验结果表明：H型钢梁在火灾作用下发生了弯扭屈曲现象；轴向约束对H型钢梁的火灾行为有一定影响；钢梁进入大变形阶段后，轴向约束压力变为轴向约束拉力，轴向拉力有阻止钢梁自身进一步变形的作用，即发生了悬链线作用．