耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力

为了得到耐火钢圆钢管混凝土柱的防火性能,利用ANYSY有限元软件对火灾升温曲线下钢管混凝土柱进行温度场模拟,变化钢管直径、长细比、含钢率、钢材强度、混凝土强度、受火时间、荷载偏心率、荷载比等参数,采用数值计算方法求解耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力.提出耐火极限和承载力的实用计算公式,公式与数值计算结果吻合度高,可为有关工程的抗火设计提供参考.研究结果表明,与普通柱相比,在一定时间内耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力提高显著,因此可减薄甚至取消防火涂层.     

三面火灾作用下方钢管混凝土柱温度场研究

为研究三面火灾作用下方钢管混凝土柱抗火性能,分析了三面受火的方钢管混凝土柱截面温度分布,并与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,对三面火灾和四面火灾作用下方钢管混凝土柱截面温度分布形式进行对比,分析了升温时间、截面边长、含钢率、保护层类型及厚度的影响规律.分析结果表明,升温时间、截面边长、保护层类型及厚度是三面火灾作用下方钢管混凝土柱截面温度场的主要影响参数.     

离心钢管混凝土短柱火灾下与火灾后的极限承载力

针对离心钢管混凝土结构抗火设计、火灾中受损评价以及修复等有关问题，通过对钢材与混凝土高温下与高温后的应力应变关系的分析，建立了离心钢管混凝土短柱四面均匀受火及其火灾后的有限元分析计算模型，进行了火灾下与火灾后荷载 变形关系曲线全过程分析，结合离心钢管混凝土结构的常温极限承载力表达式，提出了ISO-384标准升温曲线作用下和作用火灾后轴压构件的极限承载力简化计算公式.研究表明，短柱在火灾下与火灾后的极限承载力随升温时间的增加而剧减，承载力与温度场的分布基本上成线性关系.     

双面受火钢骨-方钢管混凝土柱的温度场分析

研究相邻两面受火情况下钢骨-方钢管混凝土柱截面温度场分布,设计了钢骨-方钢管柱在ISO-834标准升温情况下的温度场试验,运用有限元分析软件ANSYS建立模型,与试验结果比较,验证模型和计算程序的可靠性.研究表明,与四面受火下截面温度分布形式相比,相邻两面受火下截面温度整体偏低,材料损伤相对较轻,但截面温度近似沿对角线对称分布,这种分布会导致初始挠度与附加的偏心距.在工程常用范围内,分析了多个参数对钢骨-方钢管混凝土截面温度场的影响规律,结果表明,升温时间和截面边长对截面温度场分布影响较大.研究可为相邻两面受火情况下钢骨-方钢管混凝土柱的设计和耐火性能分析提供理论基础.     

三面受火小偏压SRC柱耐火极限试验

由于所处位置不同,结构中的柱有可能处于非四面均匀受火状态,受火边界的差异将导致柱耐火性能存在一定的差异.为认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,进行了两根ISO-834标准火灾作用下、三面受火(受拉侧不受火)SRC柱在小偏心荷载作用下的耐火极限试验,观察了试件破坏过程,获取了截面温度场分布、轴向变形-时间关系曲线、侧向变形-时间关系曲线及构件的耐火极限,分析了有关规律及机理.试验结果表明,混凝土爆裂(崩落)对截面温度场及构件耐火极限均有影响;荷载比和偏心率是影响高温下SRC偏压构件变形特征及耐火极限的重要因素.试验结果可供三面受火SRC柱耐火设计参考.     

火灾后方钢管钢筋混凝土短柱承载力分析

在确定了ISO-834标准火灾作用后钢材和混凝土应力应变关系的基础上,首先利用ABAQUS有限元软件建立火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱温度场及力学分析模型,计算结果得到以往试验结果验证。然后分析了截面边长、配筋率、受火时间、含钢率、材料强度等参数对火灾作用后钢管钢筋混凝土短柱承载力的影响规律,结果表明,受火时间、截面边长是影响其承载力的主要因素。最后提出了火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱承载力的理论公式,为其灾后修复和加固提供参考。     

复合钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

基于ABAQUS非线性有限元软件建立了外方内圆复合钢管混凝土轴压短柱的有限元模型,并进行了短柱受轴向荷载作用下的有限元模拟,轴压极限承载力和荷载-变形曲线的数值计算结果与相应的试验实测结果吻合较好.受压时,方形和圆形钢管分别对核心混凝土产生约束作用,使得复合钢管混凝土柱具有较好的延性和较高的剩余承载力.基于非线性有限元模型,开展了复合钢管混凝土轴压短柱在不同参数下的受力分析.通过试验和理论分析发现,一定壁厚情况下,随着内部圆钢管直径增大,复合钢管混凝土轴压短柱极限承载力和剩余承载力的变化先增大后减小.     

钢管混凝土柱耐火极限的计算分析

利用有限元方法,在时间域上对火灾下钢管混凝土柱力学性能进行了全过程分析,考虑了火灾作用时间对构件的损伤累积作用,并编制非线性有限元程序NFACFST.利用该程序计算了ISO-834标准升温曲线作用下钢管混凝土柱的耐火极限tR,与以往国内外试验结果进行比较,二者符合较好.在此基础上,对圆形和矩形钢管混凝土柱耐火极限进行了参数分析,选用的参数包括轴压比n、截面边长D、含钢率α、长细比λ等.本文提供的火灾作用下钢管混凝土柱全过程分析方法,可为更合理地进行钢管混凝土柱的抗火设计提供参考.     

受火时间对钢管混凝土火灾后压弯相关曲线影响分析

在合理地确定钢管混凝土截面温度场分布，以及组成钢管混凝土的钢材和混凝土高温后应力-应变关系模型的基础上，提出了计算钢管混凝土火灾后剩余承载力的理论分析数值模型，并进行必要的试验，验证了理论分析模型的正确性，在此基础上，利用数值计算方法，分析了钢管混凝土受火时间对构件火灾剩余承载力相关曲线的影响。     

三面受火型钢混凝土柱耐火极限的试验研究与理论分析

制作了2根三面受火型钢混凝土柱,在标准升温条件下进行耐火极限试验,测量了构件轴向变形及中部侧向变形,观察了混凝土的爆裂及构件破坏过程,获得了构件的耐火极限。然后应用有限元软件ABAQUS建立了三面受火型钢混凝土柱三维非线性有限元模型,计算结果得到了试验数据的验证。结果表明,火灾荷载比及偏心率对三面受火型钢混凝土柱的耐火极限有很大的影响,有限元模型可以用来模拟三面受火型钢混凝土柱的温度场及耐火极限。     

Effect of contact thermal resistance on temperature distributions of concrete-filled steel tubes in fire

To predicate the temperature distribution of concrete-filled steel tubes(CFSTs) being exposure to fire,a finite element analysis model was developed using a finite element package,ANSYS.A suggested value of contact thermal resistance was therefore proposed with the supporting of massive numbers of collected test data.Parametric analysis was conducted subsequently towards the cross-sectional temperature distribution of CFST columns in four-side fire,in which the exposure time,width of the cross section,steel ratio were taken into account with considering contact thermal resistance.It was found that contact thermal resistance has little effect on the overall temperature regulation with the exposure time,the width of cross-section or the change of steel ratio.However,great temperature dropping at the concrete adjacent to the contact interface,and gentle temperature increase at steel tube,exist if considering contact thermal resistance.The results of the study are expected to provide theoretical basis for the fire resistance behavior and design of the CFST columns being exposure to fire.     

Failure mechanism of full-size concrete filled steel circle and square tubes under uniaxial compression

In this paper, the failure mechanisms of full-size concrete filled steel tubes(CFST) under uniaxial compression were investigated with nonlinear finite element method. Existing experimental results were employed to verify the validity of the finite element models of CFST specimens. Then, the numerical analysis was further conducted to study the mechanical behaviors of full-size CFST columns with circular and square cross sections under uniaxial compression. The simulation results indicate that the distribution of the contact pressure between circular steel tube and core concrete is much more uniform than that between square steel tube and concrete, resulting in much higher confinement and more efficient interaction between steel tube and core concrete in circular CFST columns, as well as ultimate load capacity and ultimate displacement. Extensive parametric analysis was also conducted to examine the effect of various parameters on the uniaxial compression behaviors of circular and square CFST columns.     

钢管混凝土拱肋截面温度场模拟分析

以钢管混凝土拱桥拱肋截面的温度场为分析对象,以热传导理论结合有限元通用程序ANSYS进行数值分析。分析钢管截面尺寸,混凝土浇筑温度等参数对钢管混凝土浇筑初期的截面温度分布的影响。为便于分析,切实模拟,做出了适当的假定,采取了合适的分析参数。分析方法可以推广到实际工程,并为实际工程的理论分析提供参考。     

圆钢管混凝土截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法

为便于有限元分析,建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法,基于合理的钢管混凝土数值本构模型,利用截面分层法对圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩-曲率关系进行全过程分析,根据轴压比、钢管屈服强度、混凝土强度等级和含钢率等各主要因素对轴力-弯矩-曲率关系的影响,通过大量参数分析,分别建立圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关方程实用计算公式和轴力-弯矩-曲率关系实用计算方法.通过与圆钢管混凝土压弯构件截面轴力-弯矩相关承载力和轴力-弯矩-曲率关系曲线试验结果的对比,验证该实用计算公式和实用计算方法的正确性.研究结果为圆钢管混凝土结构非线性有限元分析奠定基础.测试结果显示了方法的有效性.     

采用分离模量分析钢管混凝土框架结构的抗震性能

基于一榀两跨3层钢管混凝土柱-钢梁框架结构模型的抗震性能试验,建立了反复荷载作用下的刚度退化规律。选用合理的反复荷载作用下钢材和钢管约束混凝土材料的本构模型,考虑钢与混凝土的粘结滑移作用以及节点加强等因素的影响,应用钢管混凝土分离模量理论,采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化程序设计语言编制的命令流,对钢管混凝土框架在反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好,并讨论了套箍系数对框架结构抗震性能的影响。     

基于组合单元的圆钢管混凝土结构非线性分析

基于圆钢管混凝土组合截面轴力-应变关系和轴力一弯矩一曲率关系实用计算方法,采用U.L列式单元增量平衡方程,引入平面梁单元非线性分析方法,建立了钢管混凝土结构组合单元法非线性有限元分析理论.编制了相应的非线性有限元程序,对已有钢管混凝土结构的面内受力,如钢管混凝土偏压柱、不等端弯矩钢管混凝土偏压柱、钢管混凝土压弯构件和钢管混凝土模型拱肋等进行双重非线性有限元分析,与基于钢管混凝土拉压数值本构模型的分层梁单元非线性分析理论比较.结果表明,两种分析方法的载荷一变形曲线和极限承载力都很接近试验结果,与分层法相比,组合单元法直接根据杆端力求解截面刚度,不用分层计算截面刚度,加快了计算速度.     

四面受热时型钢混凝土柱的简化计算方法研究

高温作用下型钢混凝土柱的力学性能的有限元分析是进行其抗火性能设计研究的重要途径。基于型钢和混凝土材料在高温下的力学性能曲线,简化得到其计算模型,通过ABAQUS软件分析,研究了高温下型钢混凝土柱在不同时刻的温度场分布,根据分析得到的结果确定了柱截面等温曲线的位置,结合常温下型钢混凝土柱的计算公式对高温下的计算公式进行了研究,简化得到了高温下型钢混凝土柱极限承载力的计算公式,根据已有的试验资料对所推导型钢混凝土柱简化计算方法的正确性进行了分析,结果表明:利用文中简化的计算公式计算所得的型钢混凝土柱的弯矩值为865 kN,轴力值为132 kN·m,与其试验值具有一定的吻合度。     

复合胶凝材料钢管混凝土拱肋水化过程截面温度场试验及数值模拟分析

针对复合胶凝材料钢管混凝土拱肋水化过程,对混凝土水化热作用下的钢管拱肋截面温度场进行了连续试验观测,以热传导理论结合有限元方法建立了钢管混凝土水化热分析模型,并进行了数值模拟分析。研究考虑了初始条件下水泥水化热的计算模型,并讨论了钢管厚度、管径等参数对钢管混凝土拱肋成型过程截面温度特性的影响。结果表明,对于复合胶凝材料钢管混凝土水化热的计算模型采用双曲线函数式较为合理;钢管拱壁厚对其截面温度场的影响较小,最大差值在2～3℃,而管径的大小对其影响较大,最大差值达20℃。     

基于ABAQUS的钢管混凝土L形柱有限元分析

为了对钢管混凝土L形柱的力学性能和工作机理进行分析,将钢管对混凝土不均匀的约束作用简化为侧压相等的约束.考虑截面形状对侧向约束的影响,对Mander约束混凝土本构模型进行修正,建立了核心混凝土的本构关系.应用有限元软件ABAQUS对3个轴压短柱试件进行了模拟分析,并将计算结果与试验结果进行了对比,在此基础上探讨了构件中钢管对混凝土的约束机理.计算结果表明,该本构关系能较好地适用于对钢管混凝土L形柱轴压性能的非线性分析,钢管对混凝土的约束效应主要集中在L形截面阳角处.     

基于ANSYS的钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究

高温下钢管混凝土拱桥力学性能易发生变化而丧失承载力。为对探求合理的防火设计方法提供支持,运用ANSYS热分析模型开展钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究。通过数值模拟与试验数据对比验证ANSYS热分析模型的合理性,在此基础上分析吊杆受火对钢管混凝土拱桥桥面、拱肋线形及吊杆内力影响。研究表明:吊杆受火对距其30 m以内的桥面变形及吊杆轴力影响较大。本文研究可为此类桥梁防火设计及灾后修复提供借鉴与参考。