三肢钢管混凝土格构式柱耐火性能分析

采用有限元法对三肢钢管混凝土格构式柱在ISO834标准升、降温火灾下的耐火性能进行了模拟。分析了该类构件在全过程火灾作用下达到极限状态时的破坏形态、轴向变形-时间关系曲线和各柱肢受力情况,并研究了升温时间比和荷载比对三肢钢管混凝土格构式柱是否在火灾降温阶段达到极限状态的影响规律。分析表明,三肢钢管混凝土格构式柱不仅会在火灾升温阶段达到极限状态,而且在火灾降温阶段也可能达到极限状态,且荷载比相同时升温时间比越大,或升温时间比相同时荷载比越大,柱越有可能在火灾降温阶段达到极限状态,且降温破坏时间越小。     

考虑火灾全过程的钢管混凝土平面框架受力性能分析

为系统研究钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取钢管与混凝土热力本构模型以及边界条件等基础上,基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-组合梁平面框架的热传分析模型和考虑火灾全过程作用的热力耦合数值模型,并与已有试验数据对比验证。在此基础上进行了考虑升降温与外荷载共同作用下框架水平荷载(P)-水平位移(Δ)曲线计算和参数分析,火灾升降温曲线选取ISO-834标准曲线。结果表明:由于火灾作用使得框架的水平极限承载力和初始刚度均有所降低,柱顶轴向压缩量在火灾降温过程中有所减小;柱火灾荷载比、防火保护层厚度以及柱长细比对框架P-Δ曲线形状影响较显著。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能的参数研究

该文建立了局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型, 计算结果与实测结果吻合较好. 考虑火灾发生位置及蔓延范围、钢梁高度、钢梁加劲肋的设置、梁荷载大小、柱轴压比等参数变化, 对钢管混凝土框架结构的变形和内力重分布规律、破坏形态、破坏机理和耐火极限进行了详细的参数研究. 研究表明：火灾作用位置对框架耐火极限有影响, 梁荷载对框架耐火极限影响较大, 而轴压比对框架耐火极限影响 不大.     

钢管混凝土叠合柱耐火性能分析

为了了解钢管混凝土叠合柱在火灾升、降温段的力学行为,结合有限元分析平台ABAQUS,建立了外荷载和火灾升、降温共同作用下钢管混凝土叠合柱的有限元计算模型,利用相关试验数据对模型进行了验证。基于有限元模型,对钢管混凝土叠合柱在升、降温火灾和外荷载共同作用下的温度场分布、破坏形态、变形特点和内力分布情况等进行了分析。研究表明,高温下外围混凝土的强度下降,钢管承担大部分荷载,在升、降温火灾下钢管混凝土叠合柱发生了内力重分布。     

局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性

该文建立了受火区域采用实体单元和壳单元的精细模型、非受火区域采用梁柱模型的钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。利用上述模型对局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架的破坏形态、破坏机理、变形及内力重分布规律进行了研究。分析表明,火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架出现了2种典型的破坏形态：第1种为由受火钢梁整体失稳导致的框架局部破坏形态;第2种为由受火钢管混凝土柱破坏导致的框架整体破坏形态。     

拉筋对两层两跨钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响

该文开展了2榀2层2跨缩尺比例为2/5的水平往复荷载下方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架滞回性能试验研究,分析了柱端拉筋强柱构造对钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响。运用有限元软件ABAQUS建立该平面框架有限元模型,在试验验证的基础上开展柱端拉筋等效配箍率对组合平面框架抗震性能影响规律的研究。分析结果表明：柱端拉筋降低了钢管与混凝土之间的滑移、约束混凝土并加强了钢管对混凝土的约束作用,进而提高了柱端抗弯承载力与耗能能力,间接改变了梁柱线刚度比和抗弯承载力比,挖掘了钢梁的耗能潜力;柱端拉筋强柱构造措施有效提高了钢-混凝土组合平面框架结构的刚度、承载力和耗能能力,分别达70%、20%和50%以上。     

钢管混凝土柱-钢梁多层平面框架倒塌分析研究

该文建立了钢管混凝土柱-钢梁平面框架结构的有限元计算模型,探讨了该类组合框架的倒塌判断标准。基于构件拆除法对组合框架结构进行了计算,研究了倒塌工况下组合框架结构的变形和内力分布规律。结果表明:钢管混凝土柱-钢梁平面框架结构剩余变形主要集中在梁端。按照规范设计的组合框架在不考虑节点区破坏前提下满足抗倒塌要求,但节点区内力变化明显,成为倒塌设计中的关键部位之一。     

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。     

钢管混凝土框架实用荷载-位移恢复力模型研究

根据钢管混凝土柱-钢梁平面框架在恒定轴力与水平低周往复荷载共同作用下的试验结果,分析了钢管混凝土框架典型的水平荷载-水平位移滞回关系曲线的特征。基于非线性有限元理论,对影响钢管混凝土框架荷载-位移骨架曲线的主要因素进行了分析,结果表明:钢管混凝土柱含钢率、钢材强度、混凝土强度、柱轴压比、长细比、梁柱线刚度比及梁柱强度比等参数对钢管混凝土框架的荷载-位移骨架曲线有较大的影响。基于系统的参数分析结果,该文建议了单层钢管混凝土框架的荷载-位移恢复力模型。荷载-位移骨架曲线模型及滞回曲线模型的计算结果得到了试验及精确理论计算结果的验证。     

混凝土约束梁升降温全过程的耐火性能试验

为揭示约束混凝土梁的升降温全过程火灾行为,开展了8根约束梁的明火试验,考察了升降温作用下梁端轴向和转动约束、荷载比、升温时间等参数对约束梁高温变形及内力的影响.试验结果表明:1)升降温过程中试件轴力呈现出先较快增大而后逐渐减小并渐趋平缓的趋势,降温结束后仍存在明显的残余轴压力,试验过程中各试件的最大轴力比约0.05-0...     

钢-混凝土组合结构抗火设计原理研究

该文论述了作者近年来在钢-混凝土组合结构抗火设计原理方面进行的研究工作,具体包括:1)钢管混凝土(CFST)和型钢混凝土(SRC)构件、组合节点和组合框架结构的耐火性能:2)经历常温加载、升温、降温阶段持荷和火灾后加载这一连续过程作用的组合结构构件、CFST柱-钢梁节点和SRC柱-SRC梁节点的力学性能.作者建立了力和...     

全再生方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架的抗震性能试验研究

通过1榀全再生方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的低周反复加载试验,揭示了由再生粗骨料取代率为100%的全再生混凝土组成的方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架的受力机理和破坏形态,获取了其荷载-位移滞回曲线、骨架线、位移延性、能量耗散等抗震性能指标,并对其进行了详细分析。研究结果表明：即便是再生粗骨料取代率为100%的全再生混凝土组成的方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架,经过合理设计依然能够满足现行国家抗震设计标准要求;其滞回曲线饱满、位移延性系数接近3、层间位移转角达到1/30;破坏时的等效粘滞阻尼系数达到0.216,耗能能力强。     

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。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架力学性能非线性分析

基于两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验结果,分别采用三维实体单元和纤维梁柱单元建立了试验框架数值模型,并开展力学性能和滞回全过程分析。考察了试验框架的破坏形态和内置钢骨架、钢筋骨架及预应力筋的应力状态。对组合框架开展滞回性能参数分析,考察了柱长细比、轴压比、梁柱内型钢截面抵抗矩和配筋率、柱内钢管的含钢率、钢管约束系数和径厚比、混凝土强度和预应力度的影响,并在大量参数分析的基础上建立了单层单跨组合框架的恢复力模型。结果表明：基于三维实体单元的数值模型可较为直观的反应试件的破坏形态;计算所得组合框架滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力,当轴压比超过0.6以后,组合框架的位移延性才有所变小,变形能力变差;建立的滞回模型可对组合框架在水平荷载下的滞回性能进行可靠的预测。     

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。     

火灾后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

该文进行了8个大比例型钢混凝土柱试件温度场和火灾后抗震性能试验,研究了升降温作用下柱试件的温度场分布规律以及火灾后受低周反复荷载时破坏规律。同时,考虑受火时间、轴压比、栓钉、含钢率等参数的影响,对火灾后型钢混凝土柱试件的典型破坏形态、滞回曲线的形状、加卸载刚度、承载能力等特性进行了系统的试验研究。研究表明：火灾升降温作用下,试件内部升温呈现出较大滞后性;火灾后柱试件出现了塑性铰区的破坏,受火时间越长,塑性铰长度越长;滞回环总体上呈梭形,耗能能力较好,滞回环有轻微的捏拢效应;随受火时间增加,试件承载能力降低;随轴压比增加,承载能力增加,延性降低;栓钉对试件承载能力影响不大。     

基于纤维模型的钢管混凝土组合框架连续倒塌非线性动力分析

基于非线性纤维梁-柱单元理论建立了钢管混凝土空间框架有限元模型,分析其在非正常荷载作用下(火灾、爆炸、撞击等)的抗连续性倒塌性能。以ABAQUS软件为求解平台进行了钢材和混凝土材料模型的二次开发,并采用已有研究者的试验结果进行了模型验证,在此基础上采用抽柱法进行了一典型的12层钢管混凝土空间框架体系在不同初始损伤模型下的连续性倒塌非线性动力分析。分析结果表明,不同抽柱工况下,框架梁柱内力由于失效柱破坏将发生内力重分布,相邻构件弯矩和轴力变化较大,其卸载后传力路径遵循就近原则;底层中柱失效后,其上部节点竖向位移最大,底层角柱失效后,上部节点竖向位移最小。总体上钢管混凝土空间框架在竖向荷载作用下具有较好的抗连续倒塌性能。     

角柱失效下钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌能力研究

为研究角柱失效工况下钢管混凝土组合框架的抗连续倒塌性能,该文设计了1/4缩尺比例的两层两跨钢管混凝土柱-组合梁平面框架试件,对拆除角柱构件的剩余结构进行单调静力加载,获得该类结构的荷载-位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变曲线;在此基础上,采用能量等效原理分析该类结构的倒塌等效动力效应,并对该类结构的抗倒塌能力进行简要评估。研究结果表明:角柱失效工况下,钢管混凝土柱-组合梁框架受力过程主要经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、内力重分布阶段和破坏阶段;试件整体破坏主要集中于失效跨,破坏特征主要以钢梁断裂和扭曲变形为主,且二层钢梁先于一层钢梁发生破坏;压型钢板组合板受力过程中与钢梁发生局部分离,部分栓钉拔断;失效跨二层钢梁翼缘开裂时,框架内力通过相邻柱向一层钢梁传递。基于试验结果和能量平衡原理的结构动力响应简化评估方法,发现角柱失效工况下该类结构仍具有15.3%的抗连续倒塌剩余能力。     

高强钢筋混凝土连续T形梁受火后抗弯性能试验研究与数值分析

进行了高强钢筋混凝土连续T形梁常温下和受火后的抗弯性能对比试验研究。2根对比试件进行常温下静载试验,3试件分别按照ISO 834升温曲线受火30 min、60 min和90 min,并自然冷却至室温后再进行静载试验。研究了升降温过程中截面温度场变化规律和试验梁的破坏形态,得出了受火后高强钢筋混凝土连续梁的弯曲刚度、延性系数、屈服荷载和极限荷载的劣化规律,并与常温对比试件的试验结果进行了对比分析。研究表明：在升温段,连续梁截面温度场呈现外部温度高内部温度低的层状分布规律;在降温段,温度场呈现外部温度低内部温度高的圈状分布规律。随着受火时间增加,受火后连续梁的屈服荷载和极限荷载均呈抛物线型下降;火灾后连续梁弯曲刚度显著降低,其下降程度明显大于屈服荷载和极限荷载的下降程度;受火后连续梁的延性系数也明显降低。有限元模拟分析得到的升降温截面温度场和火灾后抗弯性能结果均与试验结果吻合较好,可用于火灾后高强钢筋混凝土连续梁的鉴定评估。     

两种组合钢框架火灾变形性能的试验研究

利用自行研制的火灾加温试验炉及相关测试装置,对2种不同连接方式共4榀组合钢框架在不同的火灾工况下的火灾变形性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火而节点不受火和梁、板受火而柱、节点不受火2种。试验中量测了炉温,H型钢梁、柱及钢筋混凝土楼板中的温度分布,结果表明:裸钢的温度相差很小,而埋入混凝土中的钢的升温曲线与裸钢的有较大差异;混凝土的升温曲线则与钢的升温曲线差别较大,加温初期不久由于混凝土凝结水等的原因致使温升曲线存在有一平缓阶段,且随着距受火面距离增大混凝土的温升曲线有明显的滞后现象,当炉温和裸钢的温度开始下降时,混凝土的温度却仍在升高。该文对框架的变形和组合梁变形进行了分析,经比对2种连接方式组合钢框架的火灾行为后,给出了工程应用建议。