约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力影响参数研究

利用经试验验证的ABAQUS有限元模型,对轴心压力作用下的轴向约束高强钢柱受火后的剩余承载性能进行了参数分析,考虑了过火温度、荷载比、轴向约束刚度比、长细比以及高强钢材强度等级等参数的影响。参数分析结果表明:当过火温度小于屈曲临界温度时,受火过程对轴向约束钢柱的轴压承载力没有影响;当过火温度大于屈曲临界温度时,钢柱的轴压剩余承载力会明显减小,且随着过火温度的升高,剩余承载力逐渐降低;轴向约束刚度比和长细比对约束钢柱的过火温度为屈曲临界温度时对应的轴压剩余承载力影响显著;荷载比对约束钢柱的过火温度为破坏临界温度时对应的轴压剩余承载力影响明显;高强钢材强度等级对约束钢柱受火后轴压承载力影响较小。根据参数分析所得数据及规律,提出了超500 MPa高强钢轴向约束柱受火后轴压剩余承载力的简化计算方法,将计算结果与有限元分析结果对比,验证了该简化计算方法的可靠性。     

约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力试验研究

设计了3根截面尺寸、长度均相同的Q550高强度钢柱,其中两根受到轴向约束,并对其进行了恒载作用下升温、降温的受火全过程试验,以及自然降温至室温后的轴压剩余承载力试验,对未受火的钢柱进行了常温下的极限承载力试验。研究了高温试验中钢柱的轴向位移-温度和中点侧向挠度-温度关系、极限承载力试验中钢柱的轴力-轴向位移和轴力-柱中点侧向挠度关系,并进行了有限元模拟。试验以及有限元模拟分析显示,若约束钢柱在高温过程中发生屈曲,则降温后钢柱会有明显的残余弯曲变形,并且柱中截面会产生比初始残余应力更为显著的残余应力,从而显著降低钢柱的剩余承载力和轴向刚度。试验结果与有限元分析结果吻合较好,验证了有限元分析模型的有效性。     

约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力影响参数研究

利用经试验验证的ABAQUS有限元模型,对轴心压力作用下的轴向约束高强钢柱受火后的剩余承载性能进行了参数分析,考虑了过火温度、荷载比、轴向约束刚度比、长细比以及高强钢材强度等级等参数的影响。参数分析结果表明:当过火温度小于屈曲临界温度时,受火过程对轴向约束钢柱的轴压承载力没有影响;当过火温度大于屈曲临界温度时,钢柱的轴压剩余承载力会明显减小,且随着过火温度的升高,剩余承载力逐渐降低;轴向约束刚度比和长细比对约束钢柱的过火温度为屈曲临界温度时对应的轴压剩余承载力影响显著;荷载比对约束钢柱的过火温度为破坏临界温度时对应的轴压剩余承载力影响明显;高强钢材强度等级对约束钢柱受火后轴压承载力影响较小。根据参数分析所得数据及规律,提出了超500 MPa高强钢轴向约束柱受火后轴压剩余承载力的简化计算方法,将计算结果与有限元分析结果对比,验证了该简化计算方法的可靠性。     

钢柱柱顶局部承压承载力试验研究

记述了湖北某电厂300kW2号发电机组2号电除尘器的钢支架倒塌事故的现场观察,对钢柱柱顶发生的较大下凹变形的原因分析进行了两只钢柱柱顶局部承压承载力的试验研究,考察钢柱柱顶的实际承载力及破坏时的实际破坏形态。     

高强度Q690钢柱受火后受力性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱受火后的受力性能,采用电炉将2根高强度Q690钢焊接H形截面柱升温至800℃后自然冷却至常温,对受火后钢柱进行受压试验,得到钢柱的承载力和破坏模式。为考察受火对钢柱承载力的影响,对2根同尺寸不受火钢柱也进行受压试验。使用ABAQUS软件建立了试验钢柱有限元模型,考虑钢材受火后力学性能的退化和截面残余应力的影响,模拟试验构件的结构响应,并与试验结果进行对比。研究表明:钢柱均发生了绕弱轴的整体失稳破坏;经800℃受火作用后的钢柱承载力与不受火相比降低30%左右;有限元分析结果与试验结果吻合良好。进而采用有限元模型分析受火温度、冷却方式、长细比等参数对受火后Q690钢柱整体稳定系数的影响,有限元分析发现:受火后Q690钢柱稳定系数随受火温度升高呈先增大后减小的趋势,转折点为800℃左右;受火温度较低时冷却方式对Q690钢柱稳定系数影响较小,受火温度高于800℃后影响显著;受火后Q690钢柱稳定系数随长细比增大而降低,长细比小于80时,降低幅度较大,长细比超过80时,降低幅度减小。     

不同约束H型钢柱火灾后力学性能试验研究

通过对3根柱顶受不同约束的H型钢柱的火灾后力学性能的对比试验研究,讨论不同约束对H型钢柱火灾后力学性能的影响。3种约束条件分别为:柱顶对称约束、柱顶非对称约束和自由膨胀。火灾中及火灾后的试验结果显示,H型钢柱的升温和降温过程存在一定的滞后性,受火后的H型钢柱仍有较高的轴压承载力,最终破坏时伴随着翼缘和腹板的局部屈曲,约束性质对H型钢柱火灾后的力学性能有明显的影响,也即受对称约束的H型钢柱在火灾后轴压作用下的纵向应变明显不同于非对称约束的情况,而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束。火灾后H型钢柱沿强轴方向的侧向弯曲形状呈S形变化,这一特征对于受对称约束和自由膨胀的钢柱更为明显。     

侧向撞击后格构式钢柱剩余力学性能试验研究

工业厂房中格构式钢柱常遭受吊装物与厂房车辆的撞击,引起钢柱损伤,导致其承载力下降.为研究格构式钢柱受撞击后的剩余力学性能,本文分别对6个具有不同撞击损伤的试件和2个完整试件进行了承载力试验,并提出了剩余承载力系数计算公式.试验结果表明:加载过程中,受压肢件先出现局部屈曲,随后发生整体失稳破坏,破坏时材料未达到屈服强度....     

高强钢管轴压构件整体稳定性承载力的试验研究

通过对18根Q690焊接钢管轴心受压构件的整体稳定性试验,研究不同长细比高强钢管的稳定性承载力。在试验的基础上,采用逆算单元长度法编制高强钢管轴心受压构件稳定性分析程序,并提出了高强钢轴心受压构件稳定系数计算式。数值计算结果与试验及按GB 50017—2003《钢结构设计规范》推荐曲线的对比分析表明,所得到的高强钢管稳定系数-长细比曲线分布合理,可用于高强钢轴心受压构件的稳定设计。     

部分预制装配型钢混凝土柱受火后轴压性能试验研究

为研究部分预制装配型钢混凝土(PPSRC)柱在受火后的受压性能,开展了8个足尺PPSRC柱试件在历经ISO 834标准明火试验后的轴压试验和1个未受火PPSRC柱对比试件的轴压试验,研究核心部分混凝土强度、配箍间距及截面尺寸对标准受火条件下试件截面温度-时间曲线、轴压荷载-位移曲线和剩余承载力的影响.结果 表明:RPC...     

约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能试验研究

通过对端部约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能的对比试验研究,分析了不同约束条件对H型钢柱火灾行为及受火后力学性能的影响。试验测定了钢柱的温度响应及位移响应,在此基础上进一步开展了火灾后的力学性能试验。结果表明：钢柱在升温和降温过程中存在一定的滞后性,火灾升温时柱顶位移按自由膨胀、对称约束及不对称约束依次减小;约束性质对火灾后H型钢柱的力学性能有明显的影响,对称约束的H型钢柱在火灾后的应变明显不同于非对称约束的情况,而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束;无约束H型钢柱受火后的整体屈曲主要沿弱轴方向弯曲,而约束H型钢柱受火后的整体受压屈曲则沿两个方向均有明显的侧向弯曲,且沿弱轴方向的受压曲线基本呈三角形,绕强轴方向则为S形。     

高强钢焊接箱形柱轴心受压极限承载力试验研究

为了研究高强钢中厚板焊接箱形柱的极限承载力,以11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作了7个焊接箱形柱进行轴心受压试验。试件共包含宽厚比8、12、18三种截面,长细比分别为35、50、70。根据试件的实测尺寸、钢材的力学性能建立有限元模型,以初始缺陷的形式考虑了试件的初始挠度、初始偏心及焊接残余应力,分析预测了试件的极限承载力。试验结果表明,高强钢焊接箱形柱稳定系数采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》中的c类截面柱子曲线偏保守,试验结果平均曲线更接近b类截面曲线,但仍需进一步验证。分析结果表明,考虑了初始缺陷的有限元模型可准确预测柱的极限承载力,可以作为试验数据的补充。     

轴向约束钢筋混凝土柱火灾后剩余轴压性能的试验研究

实际结构中钢筋混凝土柱在遭受火灾作用时会受到相邻构件的约束作用,其内力在升降温过程中是不断变化的。由于火灾后钢筋混凝土结构经修复加固大多仍可继续服役,积极开展约束柱火灾后的剩余性能研究是必要的。本文进行了16根轴向约束钢筋混凝土柱(方形柱、十字形柱、T形柱和L形柱各4根)标准火灾作用后剩余轴压刚度和承载力的试验研究。研究结果表明:(1)钢筋混凝土柱的剩余轴压刚度随着受火时间的增加逐渐减小;(2)受火时间相同时,钢筋混凝土柱的剩余极限承载力随着初始轴压比的增大而减小,同时随着轴向约束刚度比的增大而增大,最大增幅10%左右;(3)受火时间相同时,柱剩余轴压刚度从大到小依次为十字形柱>T形柱>L形柱;(4)受火时间约90min和110min时,不同试件的承载力折减系数大致分别为0.4～0.5和0.33～0.43。     

Fire performance of axially restrained steel reinforcedconcrete columns

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能，以荷载比、偏心率和含钢率为参数，开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式，研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时，施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱，高温下柱首先缓慢膨胀，然后逐渐压缩破坏；由于轴向约束分担了柱的竖向荷载，压缩变形随时间变化较为缓和，轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱，高温下其膨胀变形大于轴心受压柱，且膨胀变形先增加再减小；轴向约束增加了柱的竖向荷载，缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著，荷载比越大，耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时，偏心率越大，柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加，会在一定程度上延长柱的耐火极限。     

轴向约束型钢混凝土柱耐火性能试验研究

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能,以荷载比、偏心率和含钢率为参数,开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式,研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时,施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱,高温下柱首先缓慢膨胀,然后逐渐压缩破坏;由于轴向约束分担了柱的竖向荷载,压缩变形随时间变化较为缓和,轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱,高温下其膨胀变形大于轴心受压柱,且膨胀变形先增加再减小;轴向约束增加了柱的竖向荷载,缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时,偏心率越大,柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加,会在一定程度上延长柱的耐火极限。     

火灾后型钢混凝土柱受力性能试验研究

通过6个火灾后型钢混凝土柱的静力加载试验以及2个常温下型钢混凝土柱的对比试验,研究了火灾后型钢混凝土柱的破坏形态、变形特性、剩余承载力、刚度等。试验结果表明：火灾后型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,但柱的轴压刚度、抗弯刚度、承载力均有不同程度降低;从加载到荷载达到80%极限荷载的不同阶段,火灾后型钢混凝土柱轴压刚度影响系数kz约为0.33~0.44,抗弯刚度影响系数kw约为0.30~0.59。利用规程JGJ 138-2001的计算方法,对所有试件常温下的承载力进行了计算,并将试验结果与计算结果进行了对比,经历火灾作用后轴压柱的剩余承载力约为常温下承载力的51%~81%,偏压柱的剩余承载力约为常温下承载力的69%~81%,火灾后型钢混凝土柱承载能力退化显著。     

Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强钢中厚板焊接箱形压弯构件的整体失稳极限承载力,采用11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作7个焊接箱形压弯试件,试件截面宽厚比分别为18、12、8,长细比分别为35、55、80。试验内容包括:Q460低合金高强钢的材性试验,三种焊接截面残余应力测试,各试件初始几何缺陷测量及极限承载力试验,从而进行了面内整体失稳压弯构件的极限承载力试验研究;并且把试验结果与我国现行钢结构设计规范计算值相比较。试验研究结果表明:Q460低合金高强钢材性具有高强度,塑性性能良好等特点;Q460高强钢焊接箱形截面残余应力分布形式与普通钢材箱形焊接截面分布基本相同,但是残余应力比降低;压弯构件极限承载力试验结果明显高于现行钢结构规范设计公式计算值,所以应对Q460高强钢焊接箱形压弯构件进行近一步参数分析研究,并得出其实用设计方法。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。