足尺钢框架结构中楼板受火试验研究

采用自制火灾试验炉对足尺钢框架结构中楼板的火灾行为进行试验研究。简要介绍了试验炉的设计、温度及变形测量方案,描述了试验现象以及楼板、钢梁和节点的破坏特征,分析了楼板、钢梁的截面温度分布规律和变形规律,并与相关试验结果进行了对比。结果表明：炉内温度基本均匀,停火时平均炉温约为780℃;升温时沿板厚具有较大的升温梯度,降温时存在降温滞后;升温阶段前期受火钢梁截面存在较大的升温梯度,后期截面温度基本一致;受火板格板顶裂缝模式主要取决于其边界条件,非受火板格裂缝特征取决于受火板格的位置及数量;由于受火组合梁产生反拱效应,受火板格中心位移存在一平缓阶段;因相邻结构约束较强,钢梁具有较好的抗火性能;与高强度螺栓连接节点相比,混合连接节点可有效防止钢梁出现局部屈曲。     

铰接叠合板组合梁抗火性能试验研究

为研究铰接叠合板组合梁的抗火性能,对2个铰接足尺叠合板组合梁进行了恒载升温试验研究和数值模拟.通过试验得到了叠合板组合梁的温度分布、位移变化和破坏模式.研究结果表明:叠合板的温度分布沿板厚方向逐渐降低,距受火面40 mm以下区域受火影响最为明显.叠合板与钢梁之间存在温度梯度,叠合板对钢梁上翼缘变形有约束;叠合板板顶裂缝...     

同跨受火时两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对两榀两层两跨组合钢框架在同跨火灾作用下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火、节点不受火,梁、板受火而柱、节点不受火两种。试验中量测了各种工况的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移。结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度分布基本均匀;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀、降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护;钢框架未受火部分对受火部分约束很大,导致受火跨边柱与中柱的变形不对称,同样也产生了内力重分布。     

两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对3榀两层两跨组合钢框架在不同火灾工况下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:单室受火、同跨受火和底层受火三种工况,试验时,梁、板、柱同时受火,节点不受火.试验中量测了各种工况下的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移.结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;而单面受火时则相差较大;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度基本一致;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀,降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合钢框架在降温时因为收缩,导致节点等处出现不同程度的破坏,并产生很大的残余变形;钢框架未受火部分对受火部分约束很大, 导致受火跨边柱与中柱的变形不对称, 同样也产生了内力重分布;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护.     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受火试验研究

为研究由冷弯卷边H形开孔薄壁钢梁和预制轻骨料混凝土板形成的装配式组合楼板的受火性能,对6个两端简支组合楼板试件开展了高温下试验研究,得到了试件的温度及位移响应。研究结果表明：在等效均布荷载2.0 kN/m²及最高炉温为600℃的烃类火灾作用下,以轻骨料混凝土及腹板开孔薄壁钢梁形成装配式组合楼板具有良好的抗火性能,组合楼板的跨中挠度最大为L/44（L为组合楼板跨度）时,试件仍保持良好的整体性;主钢梁腹板开孔直径与分布形式对组合楼板的整体抗火性能均有显著影响,为减小组合楼板高温下的位移响应,对主钢梁腹板的开孔宜优选孔径大、数量少的分布形式;抗剪键数量对组合楼板抗火性能的响应影响远大于对预制板类型的影响。     

整体结构中钢筋混凝土双向板火灾试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对足尺整体结构中钢筋混凝土双向板在火灾作用下的性能进行试验研究。介绍了整体结构足尺模型与火灾试验炉的设计、试验方案以及观测内容和方法,描述了试验现象及板的破坏特征,研究了双向板在受火过程中沿板厚的温度场分布规律以及板平面外和平面内的变形。结果表明：火灾作用下,沿板厚存在非线性温度场及较大的温度梯度;整体结构中相邻未受火构件的约束对受火双向板的火灾行为影响显著;主裂缝出现在受火板板顶靠近内板边的1/4跨度处（板顶负弯矩钢筋截断处）,由于结构连续性及相邻构件间的互相约束,与受火板相邻的未受火板顶也出现了规则裂缝;受火板顶主裂缝的形成和发展引起板内弯矩重分布,导致最大平面外位移最终发生在距板中心不远,偏向于内板边的位置;整体结构中钢筋混凝土双向板具有较好的抗火性能。     

循环荷载下湖相软土动力特性研究

以洞庭湖区沉积软土为对象进行循环振动三轴试验,研究不同动应力幅值、振动频率和围压下湖相软土的动力特性。结果表明:湖相软土轴向累积应变多呈稳定型增长,动应力幅值越大,累积应变越大,振动频率或围压越大,累积应变越小;动孔隙水压力随动应力幅值的增大而增大,受振动频率的影响较小,同时随围压的变化规律不统一,有待进一步研究;动应力幅值或振动频率越大,动弹性模量越小,围压越大,动弹性模量越大,且动弹性模量随振动次数的增加存在衰减现象,衰减规律亦受动应力幅值、振动频率和围压的影响。道路运营初期是软基沉降控制的关键阶段,为减小软基沉降,应特别重视对浅层软土的处理,并严格控制车载质量和车速。     

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。     

楼板对钢筋混凝土柱-钢梁空间组合体抗震性能影响研究

楼板在地震作用下对钢筋混凝土柱-钢梁组合体抗震性能的影响是建立地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评价组合结构体系抗震性能的关键问题之一。为此,完成了3个钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合体试件在考虑不同楼板宽度情况下的抗震性能试验,分析整个受力过程中楼板受力性态对组合构件受力特征、破坏模式等抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生梁铰破坏,并表现出较好的延性和耗能能力,最终因节点区钢梁屈曲、扁钢箍开裂和柱端混凝土压碎而丧失承载力。分析表明,楼板裂缝以横向裂缝为主,随着楼板宽度增加,次生斜裂缝增多,板底混凝土压碎区域增大;混凝土楼板与钢梁组合体对节点核心区的约束作用较明显地改善了空间组合体受力性能。对楼板混凝土和板内纵筋在受力过程中的应变进行分析,结果表明,随着楼板宽度的增加,楼板对RCS空间组合体刚度、承载力的贡献值有限。对现浇板受拉有效翼缘宽度进行分析,结果表明考虑钢-混凝土组合梁翼缘有效宽度对梁端受弯承载力、惯性矩影响较大。     

变跨度土壤矩形坑对车辆振动的影响探究

为研究土壤软路面形貌对车辆振动特性的影响,搭建单轮车振动试验台架,构造矩形坑模拟犁地后土壤地貌,以获得不同坑形貌对车辆形成振动的频率带范围和振动幅度的分布规律。在测试长度为40 m的土壤试验槽内,设计3个深度等级,7个跨度等级,宽度均为3 0 c m,共21种类型的矩形坑,以行车为动力带动振动试验台架,采集固定在车轴处的加速度传感器信号,利用Matlab对振动信号进行时频域分析。结果显示,垂直方向振动分量的频率峰值主要集中在2 Hz,水平纵向振动分量的频率峰值主要集中在5 Hz,振动频率峰值点随矩形坑深度和跨度的变化不显著;水平纵向振动分量的频率带范围略高于垂直方向振动分量的频率带范围;振动加速度信号平均功率随着矩形坑跨度的增加而呈线性变化,水平纵向振动分量的平均功率高于垂直方向振动分量的平均功率,应对降低车辆纵向振动加强研究。     

Fire behaviour of continuous reinforced concrete slabs in a full-scale multi-storey steel-framed building

To further understand the fire behaviour of reinforced concrete floor slabs, a fire test was performed on six continuous panels (two by three) in a full-scale three-storey steel-framed building. In this paper, the test building, specially designed furnace and relevant experimental phenomena are briefly introduced. The furnace temperatures, temperature distributions, failure patterns as well as horizontal and vertical displacements of some structural components during the heat-up and cool-down phases were recorded and discussed in detail. The test data indicate that deformations of the heated panels have an important relationship with the boundary constraints around the heat panels. The plateau phenomenon of deflections at various measuring points mainly depends on the heated beams around the heated panels. The steel beams do not show partial buckling or failures due to constraints provided by other structural elements. Thus, taking advantage of the intrinsic design strength of the steel beams without applying fire retardant coatings can provide sufficient safety margins in similar engineering design scenarios. Moreover, the cracking characteristics at the upper surface of the heated panels have a direct relationship with the number and location of the heated panels in the floor. Several rational suggestions for the renovation of buildings subjected to fire can be quickly provided by utilising the cracking information.     

基于小波变换的地铁振动信号特征分析

应用小波变换对地铁引起地面振动信号进行频谱分析,利用MATLAB编制小波分解程序,对实测加速信号进行分解与重构,获得加速度信号在时频域内的变化规律,同时讨论了振动信号峰值加速度、能量与频带的关系,与傅里叶变换相比,小波变换有更高的分辨率,更适合非平稳信号的分析。     

Fire tests on two-way concrete slabs in a full-scale multi-storey steel-framed building

This paper presents the results from two full-scale furnace tests conducted on two-way concrete slabs supported by composite beams in a three-storey steel-framed building. Each floor of the building consisted of nine panels (three by three) supported by composite beams. In two tests, a corner and an interior panel on the top of the building were heated by two specially designed furnaces respectively. Detailed experimental data in the form of describing slab cracking, the furnace temperatures, temperature distributions within the slab, vertical deflections and horizontal displacements are presented. Comparison of the results for the two tests indicates that the structural fire behaviour of two-way concrete slabs supported by composite beams in a multi-storey steel-framed building is highly dependent on the restraint provided by the adjacent structural members. Observations from the tests indicate that in addition to the extensive cracks formed on the top surface of the heated panels, regular cracks also occurred on the top of the adjacent unheated panels due to structural continuity and the interaction between the concrete slabs and the supporting beams. The test results show that both tested panels had good fire performances even under long duration fire conditions.     

薄壁钢梁-陶粒混凝土装配式组合楼板受火后受力性能研究

由冷弯薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板组成的装配式组合楼板具有轻质、高强和施工方便等优点。为研究该类组合楼板的抗火性能及高温后的受力性能,对6块遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾升温作用的简支组合楼板试件进行受火后受力性能试验研究。结果表明：当施加的等效均布荷载达到2kN/m²时,受火作用后的组合楼板试件最大挠度小于跨度的1/400,且在加载过程中薄壁钢梁虽已明显扭曲、混凝土板多处开裂,但组合楼板试件未出现整体坍落现象;以普通栓钉为抗剪键的受火后组合楼板试件,其极限荷载比薄壁钢抗剪键组合楼板试件的提高14.2%;当用钢量相同时,主梁数量较多的组合楼板试件采用U形钢筋作为拉结件,其火灾后极限荷载比采用钢条拉结件的组合楼板试件的增加33%,且整体刚度也有所提高;该类组合楼板在受火后仍具有较高承载能力和整体刚度,且抗剪键类型、预制板之间设置的拉结件以及拉结件与抗剪键的连接方式均对其受火后的受力性能有较大的影响。引入组合效应系数可以较好地反映受火后组合楼板试件的组合效应及内部损伤程度。     

手风琴效应对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应,使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值模型,分析了预应力波纹腹板组合梁在高温下的破坏形式、跨中挠度、拉索张力及组合梁轴力等随温度变化的特点。结果表明： 高温下波角30°腹板的局部失稳区域大于波角45°和60°组合梁的失稳区域;波高50 mm的组合梁跨中挠度值最小;波高越大,临界状态时腹板局部失稳区域越大;平直段长度50 mm组合梁跨中挠度最小,轴向刚度更大;腹板厚度对波纹腹板组合梁跨中挠度的影响最为显著;轴向约束作用下的组合梁典型破坏形态是梁端负弯矩区腹板和下翼缘发生局部屈曲;不同轴向约束比下,梁的轴向力从压力转变为拉力时温度为691 ℃;转角约束比对组合梁的影响主要集中在473 ℃至临界温度阶段;不同转角约束比下,组合梁轴向压力转变为轴向拉力的温度为677 ℃。     

Influence of accordion effect on fire resistance of prestressed steel-concrete composite beams with corrugated webs

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应，使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响，采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值模型，分析了预应力波纹腹板组合梁在高温下的破坏形式、跨中挠度、拉索张力及组合梁轴力等随温度变化的特点。结果表明： 高温下波角30°腹板的局部失稳区域大于波角45°和60°组合梁的失稳区域；波高50 mm的组合梁跨中挠度值最小；波高越大，临界状态时腹板局部失稳区域越大；平直段长度50 mm组合梁跨中挠度最小，轴向刚度更大；腹板厚度对波纹腹板组合梁跨中挠度的影响最为显著；轴向约束作用下的组合梁典型破坏形态是梁端负弯矩区腹板和下翼缘发生局部屈曲；不同轴向约束比下，梁的轴向力从压力转变为拉力时温度为691 ℃；转角约束比对组合梁的影响主要集中在473 ℃至临界温度阶段；不同转角约束比下，组合梁轴向压力转变为轴向拉力的温度为677 ℃。     

Nonlinear behaviour of unprotected composite slim floor steel beams exposed to different fire conditions

An efficient nonlinear 3D finite element model has been developed to investigate the structural performance of composite slim floor steel beams with deep profiled steel decking under fire conditions. The composite steel beams were unprotected simply supported with different cross-sectional dimensions, structural steel sections, load ratios during fire and were subjected to different fire scenarios. The nonlinear material properties of steel, composite slim concrete floor and reinforcement bars were incorporated in the model at ambient and elevated temperatures. The interface between the structural steel section and composite slim concrete floor was also considered, allowing the bond behaviour to be modelled and the different components to retain its profile during the deformation of the composite beam. Furthermore the thermal properties of the interface were included in the finite element analysis. The finite element model has been validated against published fire tests on unprotected composite slim floor steel beams. The time–temperature relationships, deformed shapes at failure, time–vertical displacement relationships, failure modes and fire resistances of the composite steel beams were evaluated by the finite element model. Comparisons between predicted behaviour and that recorded in fire tests have shown that the finite element model can accurately predict the behaviour of the composite steel beams under fire conditions. Furthermore, the variables that influence the fire resistance and behaviour of the unprotected composite slim floor steel beams, comprising different load ratios during fire, cross-section geometries, beam length and fire scenarios, were investigated in parametric studies. It is shown that the failure of the composite beams under fire conditions occurred for the standard fire curve, but did not occur for the natural fires. The use of high strength structural steel considerably limited the vertical displacements after fire exposure. It is also shown that presence of additional top reinforcement mesh is necessary for composite beams exposed to short hot natural fires. The fire resistances of the composite beams obtained from the finite element analyses were compared with the design values obtained from the Eurocode 4 for composite beams at elevated temperatures. It is shown that the EC4 predictions are generally conservative for the design of composite slim floor steel beams heated using different fire scenarios.     

紧邻地铁车站地下空间楼层振动效应测试评价

地铁列车运行引发车站临近地下空间楼层振动,对其理论完善有赖于现场实测及数据分析。本文以紧邻地铁车站的某大型地下空间为例,基于Imote2无线传感器网络平台,对地铁列车进站-停靠-出站阶段地下空间楼层振动效应进行了实测。分别获得了加速度时程谱与频谱,计算出楼层测区内的Z振级分布,并对三分之一倍频程各中心频率的分频振级分布特征进行了分析。结果表明:楼层钢筋混凝土楼板在弹性波传播方向上存在阻尼作用,但对于不同频率的弹性波,其阻尼耗散程度不同;弹性波在楼层内传播过程中,不仅存在振幅随传播距离增大而衰减的现象,还存在复杂的波动干涉行为,并导致振动效应放大区的出现;测区楼板被激发出的前两阶固有频率分别为1.60 Hz与3.15 Hz,二者的分频振级均小于60 dB,对人体健康造成的潜在不利影响较小;为降低楼层振动效应对建筑体及附属设施的不利影响,可考虑采取进站提前减速、出站推迟加速的方法,亦可考虑在局部地铁道床采取减、隔振等措施,集中耗散高频振动能量。