高温(火灾)条件轴心受压变截面钢构件承载力理论研究

根据以往的试验与理论研究,导出了高温（火灾）条件下具有防火被覆的钢构件内部升温的计算公式,介绍了钢材在高温（火灾）条件下的力学性能变化,并给出了求得高温（火灾）条件下轴心受压变截面钢构件极限承载力以及钢构件临界温度的计算方法和简便、实用的高温（火灾）条仟下验算变截面轴压锅构件稳定承载力的计算公式．     

变截面压弯杆的平面外弹塑性稳定

利用ANSYS软件对楔形变截面受弯构件进行弹塑性稳定分析,考虑截面塑性开展,引入通用长细比,在通用长细比中考虑楔率和弯矩线性变化的影响,拟合得到新的弯扭屈曲稳定系数公式.对于变截面压弯构件的平面外稳定,提出弯矩项带指数的光滑曲线相关公式,其中轴力项和弯矩项均取自大端的内力及其截面性质,弯矩项的指数考虑长细比和楔率的影响...     

自然火灾作用下钢筋混凝土框架结构性能分析

在考虑自然火灾的基础上,进行了局部火灾作用下框架结构传热分析和非线性分析,对其温度分布规律、内力重分布规律和变形规律进行了研究。传热分析表明,受火过程中,受火构件截面平均温度较低。分析表明,受火过程中,框架经历了明显的内力重分布,大多数截面的内力都经历了一个先增大后减小的过程,受火构件的热膨胀是内力重分布的主要原因;自然火灾作用下,框架结构没有达到耐火极限状态。     

火灾高温下钢梁截面温度场模拟分析

钢结构建筑发生火灾时，钢构件温度场的变化直接关系到构件材料性能和力学性能的变化分析，构件截面温度场的分析虽然很复杂，但是在构件承载力的变化分析中占有重要的地位，是结构在高温下受力分析的前提。本文采用ANSYS有限元软件对火灾高温下钢梁截面温度场随火灾燃烧时间的变化进行了模拟研究，分析了其随火灾燃烧时间的变化趋势，可为钢结构构件抗火、防火分析提供参考。     

火灾后栓接Q690角钢净截面受拉承载力研究

对栓接Q690角钢在火灾后的净截面受拉承载力展开研究,参考过火后高强钢Q690材性试验结果,利用ABAQUS建立栓接Q690角钢的有限元模型,分析面外偏心距、螺栓连接长度、过火温度对火灾后栓接Q690角钢净截面受拉承载力的影响; 将已有相关公式及规范公式的计算结果与模拟得到的角钢支撑受拉极限荷载进行比较; 基于最小二乘法,提出了Q690角钢净截面受拉承载力的有效截面系数公式,对比了数值结果及其他文献试验结果; 基于数值模拟数据库,进行了可靠度分析。结果表明:有效截面系数随着螺栓连接长度的增大而增大,随着面外偏心距的增大而减小,而过火温度对有效截面系数几乎没有影响; 美国规范AISC 360-16对不同过火温度下Q690角钢净截面受拉承载力预测结果偏于不安全,中国现行《钢结构设计标准》预测结果偏于离散; 提出的计算公式对于不同过火温度下的栓接Q690角钢净截面受拉承载力均能进行较好预测; 推荐所提出公式计算火灾后栓接Q690角钢净截面受拉承载力的抗力分项系数为1.061。     

天津奥林匹克中心体育场屋顶钢结构耐火性能分析

为确保天津奥林匹克中心体育场钢结构屋顶的安全,对其耐火性能进行分析.通过火灾危险性分析,设定火灾场景,利用火灾动力学模拟软件FDS和经验公式分别计算设定火灾场景下钢构件的最高温度,并计算分析钢构件的高温特性.计算结果表明,在设定火灾场景下,体育场的屋顶钢构件可不进行防火保护.     

双锥型圆钢管的强度设计计算方法

双锥型圆钢管是由两端锥形变截面体和中间等截面体组合而成的受力构件,在弯矩、轴力和扭距的组合荷载作用下的破坏性状有三种,分别为破坏截面处于锥体和中间等截面体的交界处、锥体段内和杆端处。本文分析了在各种几何和荷载参数等因素的变化下构件的破坏性状并推导了破坏截面位置计算公式,还利用Mises屈服条件给出了压弯扭作用下截面强度设计公式,发现通过调整各种参数(如锥面坡度i等)可以控制破坏截面的位置,改变构件的破坏性状,提高承载力。同时双锥型变截面圆钢管构件的截面强度计算设计可以分两步进行,首先确定最不利破坏截面的位置,然后应用截面强度设计公式进行截面强度验算。最后通过有限元分析和试验对理论推导进行了验证,弥补了现行规范的不足。     

防火板保护钢柱四面受火时截面温度计算方法

研究了采用防火板保护钢柱四面受火时的截面温度计算方法,分别考虑了防火板与钢柱无间隙及防火板与钢柱有间隙两种情况。由于采用防火板保护时,钢构件与防火保护层内表面之间主要通过热辐射进行热量传递,与现行欧洲规范(EC 3)公式假定构件防火保护层之间通过热传导进行热量传递不同。现行EC 3规范公式能较为准确地计算热传导系数较小的防火涂料保护时构件升温,但不能准确计算火灾下热传导系数较大的防火薄型板保护钢柱的温度。通过在现行规范公式中增加空气的热阻一项,以考虑热辐射传热方式对构件截面升温的影响。分别采用有限元方法和建议公式,对防火薄型板保护,不同保护层厚度和不同截面系数钢柱截面升温规律进行分析,结果表明修正公式的计算结果与有限元结果吻合良好。     

双锥型变截面矩形钢管的试验研究及承载力分析

双锥型变截面矩形钢管是指两端为锥型变截面、中间为等截面的组合矩形钢管构件。首先推导双锥型变截面矩形钢管的强度最不利破坏截面位置的判断公式,阐述双锥型变截面矩形钢管在压弯和压弯扭试验中不同加载方式下试件的破坏模式、塑性区发展过程及承载力结果,并结合大量有限元模型分析,进行不同弯压比下构件承载能力的比较。研究表明,双锥型变截面矩形钢管与等截面构件相比,在弯矩作用下具有更高的承载力,且塑性铰位置避开构件端节点,使整体结构延性得到增强。     

高温作用后高强Q690钢焊接截面残余应力试验研究

焊接中的不均匀受热和冷却使钢材内部产生残余应力,残余应力会降低钢构件的刚度、稳定承载力和疲劳性能。钢构件在高温下的强度退化、塑性和蠕变变形会引起截面残余应力改变,从而影响其火灾下及火灾后承载力。为此,采用高强Q690钢材制作了6个焊接构件,包括H形、箱形两种截面形式。利用切条法测量其在常温（20℃）下、600℃和800℃高温作用后的截面残余应力,得到不同温度作用后残余应力的大小与分布。结果表明：高温作用后,残余应力有不同程度的释放;经历600℃作用后,箱形与H形截面残余应力幅值均下降至常温下的约35%;经历800℃作用后,箱形与H形截面残余应力幅值均下降至常温下的15%以下。基于试验结果,提出Q690焊接截面残余应力分布模型及残余应力幅值随受火温度变化的折减系数。     

基于场模型的大空间建筑火灾钢构件升温的简化计算方法

高大空间建筑火灾中，热量主要通过热烟气的辐射传热和对流传热方式，向无防火保护层的钢构件表面或钢构件的防火保护层传递，防火保护层再以热传导方式向钢构件表面传递。假定钢构件截面温度均匀分布，将高大空间建筑火灾中的实用空气升温曲线作为构件升温边界条件，对集总热容法建立的热平衡方程求解，得出钢构件在火灾下的温度一时间曲线。为便于工程应用，在钢构件升温影响参数分析的基础上，通过曲线拟舍得出实用的钢构件升温计算公式，为研究大空间钢结构建筑在火灾下的结构全过程反应，提供钢构件升温条件。     

散料结拱时钢板仓内动态壁面压力的计算和实例应用

考虑钢仓散料结拱和拱面矢高情况推出了仓壁的动压力理论计算公式,并将公式用于模型仓的分析中,其计算值接近试验测试结果。将此公式应用到一大型利浦钢板筒仓工程实例中,其应力和位移结果与静态Janssen公式结果进行比较,说明推导出的动态压力理论公式可用来对钢板仓失效分析,可为工程设计及钢板筒仓应力分析提供参考依据。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力机理分析

为了研究圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱的受力机理,通过有限元软件ABAQUS建立了该类构件的力学模型,并与已有试验数据进行对比,验证了模型的合理性。分析了典型构件的受力全过程荷载-应变关系曲线、钢管与混凝土之间的相互作用力、破坏模态和荷载分配; 同时分析了空心率、锥度、钢管径厚比和混凝土强度等参数对相互作用力的影响。结果表明:典型构件荷载-应变关系曲线可分为弹性段、弹塑性段、下降段和稳定段4个阶段; 构件破坏是由外钢管向外鼓曲所导致的,破坏截面约在0.8H(H为构件高度)柱高处; 锥度和空心率的改变对构件破坏截面位置影响较大,随着锥度和空心率的增大,破坏截面位置逐渐向柱顶靠近; 影响外钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度、外钢管径厚比、外钢管屈服强度和混凝土强度; 影响内钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度和外钢管屈服强度; 内钢管径厚比与内钢管屈服强度对混凝土与内、外钢管之间的相互作用力影响较小,可不作为主要参数进行分析。     

两端固定工字钢短柱的温度应力试验研究

对两端固定的工字钢短柱的温度应力进行试验研究，给出的温度应力估算公式与试验结果符合性较好。研究结果表明：火灾中钢构件内力分析时，可把构件视为理想的弹塑性体；在弹性阶段，温度应力的增加只与温度相关，但初始应力的大小决定构件进入弹塑性阶段的温度（或时间）；从构件进入弹塑性后期到莱一截面形成塑性铰可经历较长的时间，为超静定钢结构在火灾条件下利用内力重分布提供了较大空间。     

楔形变截面压杆的弹塑性稳定

研究了楔形变截面压杆平面内弹塑性弯曲失稳。提出了以大头截面为计算截面的压杆稳定性计算公式 ,给出了配套的变截面压杆计算长度系数公式和表格。对变截面压杆与等效的等截面压杆的弹塑性工作性能进行了比较 ,发现后者总是在悬臂柱的固定端截面开始出现塑性 ,而变截面压杆的塑性区在离固定端一定高度的地方先出现 ,这一差别导致弹塑性失稳的变截面压杆比等效的等截面压杆的承载力要高     

Behaviour of tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns

Recently, tapered concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns have been applied in electricity transmission towers in China. However, there is still lack of information on the behaviour of such kind of members. This paper thus carried out the investigation on axially loaded tapered CFDST stub columns. The parameters included the tapered angle and the sectional profile. A finite element analysis (FEA) model was developed to predict the behaviour of the tapered member as well. The results showed that the steel tubes and the sandwiched concrete could work together well despite the tapered angle. The failure mode of the tapered CFDST stub column was similar to that of the straight one, and the failure occurred near the smallest section. The confinement effect of the tapered member was discussed by using the stress analysis. Finally, formulas were suggested for the calculation on the ultimate strength of the tapered CFDST stub column.     

锥形中空钢管混凝土(CFDST)短柱的性能

目前,虽然锥形中空钢管混凝土(CFDST)柱被用于中国的输电塔中,但是关于这类输电塔中构件性能的信息仍很缺乏。因此,本文对锥形CFDST短柱的轴压性能进行研究。研究的参数包括锥角和截面尺寸。通过建立有限元模型分析锥形构件的性能。结果表明,钢管和夹层混凝土不受锥角影响,能够很好地协同工作。锥形CFDST短柱的失效模式与直线型的类似,失效出现在最小截面附近。通过应力分析讨论锥形构件的约束效应。最后,给出用于计算锥形CFDST短柱极限强度的建议公式。     

变截面H型钢柱相关屈曲性能研究

采用板壳单元离散变截面H型钢柱,并同时考虑构件整体与局部初始缺陷、残余应力、材料屈服、几何非线性等因素的影响。根据数值分析的结果,重点研究了腹板宽厚比、腹板楔率、翼缘宽厚比、长细比等参数对板件局部屈曲与构件整体稳定的影响,总结了压力作用下变截面H型钢柱局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲的发展过程以及影响因素。     

钢筋混凝土圆截面受弯构件正截面承载力计算

圆截面受弯构件是工程结构中常用的一种构件，现行的钢筋混凝土规范只给出了圆截面受弯构件全截面均匀配筋时的计算方法，而对于非均匀配筋时的计算方法并未给出。本文给出了圆截面受弯构件不均匀配筋时的计算公式，并利用大型通用有限元软件ANSYS进行承载力模拟。结果表明，不均匀配筋比均匀配筋能够提高截面承载力，或者说，不均匀配筋比均匀配筋能够节省钢材用量。