截面温度不均匀受约束钢柱抗火性能试验研究与有限元分析

截面温度不均匀钢柱火灾下将发生热弯曲及扭转屈曲破坏,同时对热变形的约束导致钢柱内在升温阶段产生附加压力,在降温阶段出现附加拉力。分别考虑3种约束刚度比和3种截面温度分布形式,进行了9根受约束钢柱的抗火试验,量测了受约束钢柱达到最大轴力时的温度（屈曲温度）、轴力恢复至初始荷载对应的温度（临界温度）及破坏温度,研究其在火灾升温和降温阶段的受力性能、破坏特征。试验结果表明,截面温度不均匀导致钢柱在绕截面对称轴弯曲时同时发生扭转;约束刚度比越大,钢柱的屈曲温度越低,破坏温度与屈曲温度之差越大;截面温差越大,钢柱屈曲温度和破坏温度越高。同时对试验钢柱进行了有限元分析,分析结果与试验结果基本一致,验证了所建立的有限元分析模型的正确性。     

约束钢柱抗火性能试验研究

介绍了一组约束钢柱抗火试验,包括试验设计、钢柱温度和位移测量结果、钢柱试验后残余变形,以及试验的数值模拟等。试验变化参数为钢柱所受约束的刚度。约束刚度大小对钢柱抗火性能的影响包括:约束刚度比大的钢柱,其屈曲温度和破坏温度均较低;钢柱屈曲后,约束刚度比大的钢柱在变形较小时即可达到新的平衡位置;约束钢柱的破坏温度一般高于其屈曲温度,且随轴向约束刚度比的增大,破坏温度与屈曲温度之差增大。试验结果与有限元分析结果进行了对比,两者吻合较好,有限元方法研究约束钢柱抗火性能具有较高的精度。     

火灾下轴心受压H型截面约束钢柱整体稳定设计

利用验证的有限元模型分析了轴向约束刚度比、轴力荷载比和钢柱长细比对火灾下轴心受压H形截面约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响,给出了其屈曲温度和破坏温度的计算方法。轴向约束刚度比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用指数函数表示,轴力荷载比和钢柱长细比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用多项式表示。采用有限元方法对计算公式进行了验证,设计公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,且设计公式给出偏于安全的结果。     

火灾下约束钢柱受力性能实用分析方法(Ⅱ)——轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱

对火灾升温条件下压弯约束钢柱的轴力和截面弯矩发展规律进行了研究,给出了确定其屈曲温度和破坏温度的简化方法。约束钢柱屈曲前,随着温度升高钢柱轴力线性增加,截面弯矩基本保持不变;约束钢柱屈曲后,钢柱轴力减小,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩共同作用下。确定屈曲温度时,采用无约束压弯钢柱屈曲温度的计算公式,钢柱轴力考虑轴向约束的影响;确定破坏温度时,破坏准则采用截面屈服条件表示的轴力-弯矩相关关系,轴力取初始轴力。利用有限元方法对本文公式进行了验证,对通常情况下的约束钢柱(荷载比小于0.7,约束刚度比小于0.1),本文方法与有限元方法计算结果吻合较好。     

火灾下非均匀受火钢柱截面温度分布规律及其对钢柱抗火性能影响的研究现状

本文介绍了火灾下非均匀受火钢柱截面温度分布规律及其对钢柱抗火性能的研究进展和已有研究成果,包括钢柱截面非均匀温度分布产生的原因及截面温度非均匀分布对钢柱抗火性能的影响。钢柱截面不均匀温度产生的原因有:钢柱受到建筑填充墙保护,非4面受火;钢柱仅部分截面采用防火保护;受洞口非均匀火灾影响的建筑外框架柱;钢柱防火保护层不均匀或局部破损等。截面温度不均匀对钢柱抗火性能的影响包括:截面产生附加应力,使钢柱临界温度降低;钢柱截面不对称,发生弯扭破坏;钢柱产生热弯曲,以及破坏时可能出现的反向弯曲等。并对需要进一步研究的问题给出了建议。     

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20 min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EN1993-1-2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。     

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。     

墙板约束对轴心受压钢柱承载力的影响

墙板在其平面内具有一定的刚度 ,为钢柱提供了侧向约束 ,提高了钢柱的稳定承载能力。利用大型有限元分析程序ANSYS ,对考虑墙板约束的钢柱承载力进行了非线性有限元分析。说明了墙板约束对轴压钢柱承载力及破坏形式的影响 ,并提出了带有墙板的钢柱轴心受压承载力的简化计算模型。     

火灾下约束钢柱受力性能实用分析方法(Ⅰ)——轴力作用下的约束钢柱

给出了确定轴压约束钢柱在火灾升温条件下屈曲温度和破坏温度的简化计算方法,采用有限元方法、相关研究者的研究成果和试验结果对计算方法进行了验证。约束钢柱屈曲前,随着温度升高,轴力线性增加,截面弯矩很小并保持不变,采用无约束钢柱屈曲温度计算公式确定其屈曲温度,钢柱轴力考虑轴向约束的影响;约束钢柱屈曲后处于轴力和弯矩的共同作用下,利用截面屈服条件表示的轴力-弯矩相关关系确定其破坏温度,钢柱轴力取升温前初始轴力。本文方法计算结果与有限元分析结果和其他研究人员的研究成果吻合较好,与试验结果的比较表明本文方法偏于安全。     

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。     

现代钢桥新型结构型式及其疲劳问题分析

随着各种形式的钢桥在我国得到大规模建设,特别是一些新型结构型式和制造工艺不断出现在现代钢桥中,钢桥构件的疲劳性能在设计时需特别关注。在对钢桥疲劳性能影响因素、钢桥疲劳设计关键参数以及疲劳荷载分析的基础上,对现代钢桥中的一些典型构造细节的疲劳性能进行了分析,并对防止钢桥疲劳的方法进行了总结,最后指出了目前我国钢桥疲劳研究中存在的一些问题,这对有效地防止钢桥疲劳破坏事故的发生,提高我国钢桥的设计和制造水平具有重要的意义。     

Cumulative seismic damage assessment of reinforced concrete columns through cyclic and pseudo‐dynamic tests

This paper presents the findings of a systematic experimental study conducted to investigate cumulative seismic damage in reinforced concrete columns. Fourteen identical large‐scale concrete columns were fabricated and tested to failure. Experimental tests were conducted in two phases. Phase I testing included benchmark tests to characterize the monotonic force‐deformation behavior and constant amplitude tests to determine the low‐cycle fatigue characteristics of typical flexural columns. Phase II involved testing of concrete columns under a series of earthquakes of varying duration and magnitude. Low‐cycle fatigue of the longitudinal reinforcing bars and confinement failure due to rupture of the confining hoops were the main failure modes in phase I. Phase II tests also demonstrated the potential for low‐cycle fatigue fracture of the main longitudinal steel when the specimen was subjected to relatively larger displacement amplitudes. A fatigue‐based damage model is proposed based on the data obtained from the constant amplitude tests of phase I. The damage prediction of the model is assessed by using the response of three specimens tested in phase II and the data from the cyclic tests of six reinforced concrete columns reported in the literature. Results show that the proposed fatigue‐based damage model offers a reliable means of assessing seismic structural performance. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

桅杆结构风振响应及疲劳研究进展

桅杆结构是一种高柔结构,在风荷载作用下由于纤绳和杆身的相互作用,表现出较强的非线性特征,结构响应非常复杂。本文对桅杆结构特点进行了分析,介绍了关于桅杆结构风振响应的研究进展,以及在理论分析中时域、频域及其它的分析方法,总结了近期关于桅杆的风洞试验及现场实测工作。由于桅杆在随机风荷载下的疲劳破坏是一种主要失效形式,本文给出了考虑响应宽带性及非Gauss性的疲劳分析方法,并总结了在桅杆疲劳及可靠性研究方面的进展。最后对桅杆结构需要进一步研究的一些热点问题进行了讨论。     

地震累积破坏对结构薄弱层位置的影响

基于考虑结构低周疲劳特性的“等效延性破坏准则”，研究地震累积破坏对各类结构薄弱层位置的影响，并给出相应的抗倒塌验算方法。     

混凝土双轴抗压疲劳累积损伤规律试验研究

本文在对混凝土立方体试件进行定侧压下双轴等幅与变幅抗压疲劳试验的基础上,研究了素混凝土双轴抗压疲劳累积损伤性能。通过对试验结果的分析,证明Miner准则不适于描述疲劳损伤的累积规律;CortenDolan损伤公式可以用于混凝土剩余疲劳寿命的预测。分别选择疲劳最大应变、疲劳残余应变、疲劳变形模量和横向超声波速定义了损伤,得到了不同的损伤累积规律;在综合了纵向变形、模量及横向微裂缝的发展程度的基础上提出了混凝土平均损伤变量,得到了损伤演化方程。本文还应用二级变幅疲劳试验结果修正了常用的损伤等效原理,大大提高了混凝土剩余疲劳寿命预测的精度。本文的研究为混凝土在定侧压下双轴抗压疲劳寿命的预测和损伤评价奠定了基础。     

多层建筑考虑低周疲劳特性的抗倒塌验算实用方法

通过理论分析和大量数值计算，对作者提出的抗震结构的等效延性破坏准则中诸参数进行统计回归，总结出剪切型结构考虑低周疲劳特性的抗倒塌验算的简化方法，便于工程实际应用。     

A probabilistic fatigue strength model for brick masonry under compression

The paper presents the development of a model for the fatigue resistance of brick masonry under compression. The model takes into account the random nature of the fatigue strength phenomena and, as a consequence, proposes different model parameters as a function of the desired probability level. The model, based on a Weibull distribution, has been calibrated with the still limited experimental data on brick masonry under high cycle compression loading. Very good correlation is obtained. The results show that there is a clear trend of the experimental data to follow the Weibull distribution. It is also shown how the fatigue resistance of brick masonry is not only dependent on the magnitude of the stress cycles, but also on the magnitude of the minimum stress level. The paper also shows how the proposed model can be used in the reliability-based assessment of the fatigue performance of existing masonry arch bridges. Either the nominal probability of failure (reliability index) to fatigue or the remaining service life with a predefined probability level for an existing bridge can be predicted with the proposed method.     

An experimental study of fatigue resistance in epoxy injection for cracked mortar and concrete considering the temperature effect

The effect of temperature on fatigue resistance in repaired mortar and concrete members through epoxy injection is experimentally studied. First, fatigue equipment capable of inducing a small movement is developed to simulate cracks, which are monitored in a real wall structure. The fatigue test is performed considering three different levels of movement amplitude and four different levels of temperature by using fatigue equipment. From the fatigue test, increases in amplitudes and temperature cause reduced resistance to fatigue.Furthermore, the effect of temperature on the failure mode of epoxy-repaired mortar is evaluated. With higher temperature, the failure mode is changed from mortar failure to mixed failure of epoxy and interface. Then, in the mixed failure mode, resistance to fatigue significantly decreases owing to the temperature effect.     

弯-剪-扭耦合荷载作用下钢管混凝土短柱受力性能研究

为研究钢管混凝土短柱在剪切和扭转复合作用下的受力性能,开展了10个钢管混凝土短柱试件在纯扭、弯-剪和弯-剪-扭荷载作用下的拟静力往复加载及单调加载试验,得到了钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线和钢管应变分布规律。试验结果表明：钢管混凝土短柱具有良好的承载能力和塑性性能;在纯扭作用下,圆形钢管混凝土短柱在往复扭转荷载作用下钢管发生低周疲劳破坏;方形钢管混凝土短柱在单调及往复扭转荷载作用下钢管面外发生斜向局部屈曲;纯扭往复荷载作用下的钢管混凝土柱的荷载-变形骨架曲线与单调加载下基本一致;在弯-剪及弯-剪-扭复合荷载作用下,在进入塑性工作阶段前截面的轴向变形基本满足“平截面假定”;在弯-剪-扭耦合荷载作用下,短柱的破坏模式取决于弯扭比,在弯扭比较大（为1.90）时,其类似于弯剪破坏,在弯扭比较小（为0.96）时,其类似于扭转破坏。在有限元模拟及大量参数分析的基础上,得到了钢管混凝土短柱的弯-剪-扭承载力相关方程,承载力计算结果与有限元分析结果吻合较好。     

工字钢短柱高温强度试验研究

通过对工字钢短柱在有轴向约束和无轴向约束两种情况下进行高温强度试验研究 ,结果表明 :温度应力可导致构件屈服破坏 ,超静定结构耐火设计中应该考虑温度应力的影响