初始残余应力对预应力钢-混凝土连续组合梁抗火性能影响

为研究钢梁残余应力对预应力连续组合梁抗火性能的影响,建立了预应力连续组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、预应力拉索张力、截面弯矩以及梁的曲率等关键参数随温度的变化,得到不同残余应力模式对组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明：残余应力的分布并不总是对预应力钢-混凝土组合梁的高温性能产生不利影响,腹板具有初始残余拉应力分布模式的预应力钢-混凝土组合梁高温下的挠度相对最小;残余应力主要通过影响截面正应力分布来影响钢梁的截面刚度;在临界状态时,残余应力对组合梁截面刚度的影响不明显;不同残余应力模式对高温下预应力钢-混凝土组合梁的截面抗弯刚度影响不同;当预应力钢-混凝土组合梁的初始残余应力模式以腹板全截面拉应力为主时,预应力钢-混凝土组合梁跨中截面抗弯刚度最大;当残余应力对组合梁跨中截面抗弯刚度有利时,梁跨中截面处中和轴位置比无残余应力影响时较高。     

初始几何缺陷对钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能的影响

为研究初始几何缺陷对钢梁内嵌式预应力组合梁抗火性能的影响,建立了钢梁内嵌式预应力简支组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、侧向位移、拉索张力以及梁的曲率等关键参数的变化,得到初始几何缺陷对该预应力组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明：对于内嵌钢梁的预应力简支组合梁,初始几何缺陷形式可分为跨中弯扭屈曲和腹板局部屈曲两种,其中跨中弯扭屈曲对该预应力组合梁的抗火性能有一定影响。初始几何缺陷越大,该预应力组合梁跨中挠度随温度升高而下降的速率越大,临界温度更低。由于预应力拉索会随着组合梁变形协调,因此初始几何缺陷越大,同一温度下拉索应力与塑性应变也将更大。在高温破坏时,梁加载点处曲率最大,其次是跨中区段。初始几何缺陷形式影响了梁沿纵向的曲率分布,在第一阶弯扭屈曲形式的初始几何缺陷影响下,梁跨中曲率增大,但整体曲率所有下降;在第四阶弯扭屈曲影响下,梁跨中曲率减小,但整体曲率有所增大。     

钢-混凝土组合梁抗火性能研究综述

随着钢-混凝土组合梁的广泛应用,组合梁的抗火性能和设计方法越来越引起人们的重视。目前关于钢-混凝土组合梁的抗火性能研究文献还不多。对国内外钢-混凝土组合梁的抗火性能试验和理论研究以及高温下栓钉的受力性能研究进行了文献综述,指出了目前研究中存在的问题和不足。此外,还对国内外常用的几个规范中关于钢-混凝土组合梁抗火设计方法和理论进行了分析和总结,用一个算例计算了组合梁的临界温度并进行了对比。最后对未来的研究趋势进行了展望。研究工作可为开展钢-混凝土组合梁抗火性能研究和进行组合梁抗火设计提供参考。     

钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验。试验中量测了试验炉火升温过程,试件的温度和跨中挠度。通过对试验结果的分析发现:由于混凝土板有明显的阻热作用,组合梁中的混凝土板升温较慢,钢梁升温较快,导致钢梁截面温度分布不均匀;由于高温和外力共同作用下,在梁端发生混凝土抗剪破坏,而栓钉由于受到混凝土的保护,温度较低,栓钉仍能正常发挥抗剪连接作用;跨中挠度达到梁跨的1/30后,变形快速增大,随之在跨中形成一条横向贯穿混凝土楼板的主压溃裂缝,产生塑性铰并形成机构,使简支组合梁产生不适于继续承载的变形,达到破坏。     

端部约束型腹板开孔预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能

为研究腹板开孔对端部约束预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,采用有限元软件ABAQUS对该类组合梁在高温作用下的力学性能进行了非线性有限元分析,研究了具有端部约束预应力波纹腹板开孔组合梁的内力、跨中挠度演化过程以及破坏模式,并对其耐火性能进行了参数分析。结果表明：受约束预应力波纹腹板开孔组合梁在高温作用下的破坏模式为开孔截面腹板与端部截面波纹腹板及钢梁下翼缘发生局部屈曲;随着温度的升高,组合梁由压弯发展至拉弯的悬链线阶段;在荷载比相同、孔洞均位于剪弯区的条件下,开孔尺寸越大、开孔位置越靠近支座的组合梁进入悬链线阶段的温度越低,相同温度下组合梁挠度越大,抗火性能越差;位于纯弯区的孔洞基本不影响端部约束预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁的高温力学性能。     

预应力混凝土结构抗火性能研究

为了有效提高建筑结构在遭遇火灾时的安全性能,针对现今应用广泛的预应力混凝土结构,总结了该结构在耐火性能方面的研究现状,分析了试验研究与工程应用方面存在的问题,提出了未来研究工作的方向与重点,为土木工程抗火方面的设计规范提出了参考意见。     

现浇组合梁抗火性能试验研究与数值模拟

为了对刚接约束下现浇组合梁的抗火性能进行研究,现对刚接约束下的现浇组合梁进行了恒载升温试验研究和数值模拟。在试验过程中,对试验现象进行了详细的观察记录,对现浇组合梁的温度分布和位移变化进行了测量。通过分析试验数据发现,现浇板的温度分布沿板厚方向逐渐降低,板底温度最高,40mm以下区域受火影响最为明显。现浇板会延缓钢梁上翼缘温度的升高,由于温度梯度的影响,现浇板会约束钢梁的变形;现浇板由于温度应力和荷载弯矩的影响,在板顶沿中轴线方向出现贯穿板面的裂缝,冷却后现浇组合梁有较强的变形恢复能力。刚接约束下现浇组合梁的模拟结果与试验结果符合较好,验证了数值模拟的正确性与可行性。     

预应力叠合板抗火性能试验研究

为了解预应力叠合板在火灾中及火灾后的受力性能,制作了12块不同叠合层厚度的预应力叠合板,通过受火试验及受火后的静载试验,研究叠合板在高温和荷载耦合作用下的受力性能以及不同受火时间下受火后的受力机制和剩余承载力。结果表明：预应力叠合板在高温和荷载耦合作用下,叠合面将会产生水平裂缝,燃烧时间越长,这种现象越明显,甚至出现预制层与叠合层脱离;钢筋桁架对预应力叠合板的抗火性能具有重要作用,保证了叠合层与预制层脱离后板仍具有一定的整体工作性能;预应力叠合板在高温和荷载耦合作用下,将会产生顺筋裂缝,发生黏结破坏;受火后预应力叠合板再施加荷载,预制层与叠合层将会完全分离脱开,板的受力机制发生变化,由受弯构件转化为桁架结构;对于受火时间不超过60min、保护层厚度为20mm的预应力叠合板,其剩余承载力仍能达到未受火叠合板的80%以上;对于保护层厚度为20mm、预制层厚度为40mm、叠合层厚度不小于70mm的叠合板,其耐火极限可达2h以上。     

预应力混凝土简支板抗火性能试验与分析

完成了9块无粘结和1块有粘结预应力混凝土单向简支板的抗火试验。各试验板内的热电偶在火灾下的实测结果表明,温度由迎火面至背火面逐渐递减,由迎火面至背火面的温度变化梯度随离迎火面距离的增大而减小。布置于无粘结预应力筋锚固端的力传感器和试验板上的位移传感器的测试结果表明,受火初期试验板挠曲变形增长较快,无粘结预应力筋应力呈增长趋势;受火一段时间之后试验板变形增长速度有所减缓,无粘结预应力筋应力呈减小趋势,且这种趋势一直延续到停火后一段时间;停火一段时间之后,试验板有变形恢复趋势,无粘结预应力筋应力水平又有所恢复。在受火过程中试验板背火面经历了水分溢出、水蒸气形成和发展、溢出水干涸及水蒸气消失的过程。在试验炉两侧壁的观察孔观测到有6块试验板发生了爆裂,爆裂发生在预应力度较高、荷载作用水平较低的试验板的邻近支座区域。基于试验结果,试算确定了对流换热系数、辐射换热相当发射率系数、混凝土导热系数和比热的取值,应用ANSYS     

预应力混凝土结构抗火性能研究综述

通过大量文献资料的研究与对比分析,对预应力混凝土结构火灾的研究现状进行了综述,包括高温(火灾)条件下预应力钢筋和预应力混凝土结构退化规律试验研究现状、温度场的计算、构件承载力计算以厦防火和灾后处理等,展望了今后的研究方向.     

新型装配式混凝土框架节点抗火性能有限元分析

为考察一种新型装配式混凝土框架节点的抗火性能,采用有限元分析软件ABAQUS进行模拟火灾分析,研究柱轴压比、梁荷载比、轴压偏心率、混凝土保护层厚度、节点连接螺栓直径对节点抗火性能影响。结果表明,所有分析节点耐火极限均能满足规范要求,且在火灾中均以梁变形过大失效;在接近耐火极限时,节点变形速度明显增大,破坏具有突然性;分析参数中,耐火极限随轴压比、荷载比、偏心率的增大而减小,随混凝土保护层厚度、螺栓直径增大而增大,其中轴压比、偏心率和混凝土保护层厚度的变化对耐火极限影响较大。     

铰接约束下梁端采取加强措施蜂窝组合梁抗火性能数值模拟

为研究铰接约束下蜂窝组合梁的抗火性能,利用ABAQUS对铰接约束蜂窝组合梁进行了数值模拟分析,参照课题组所做梁端约束蜂窝组合梁试验,验证了有限元模型的正确性,分析了位移变化规律以及采取加强措施（关闭梁端孔洞、设置梁端加劲肋、改变梁端开孔率以及改变梁端腹板长度）对蜂窝组合梁抗火性能的影响。模拟结果表明：在受火过程中,为蜂窝组合梁设置加劲肋可以帮助其抵抗挠曲变形;梁端是否开孔是影响蜂窝组合梁挠曲变形的主要因素,梁端不开孔时,蜂窝组合梁可以有效抵抗挠曲变形和扭转屈曲等。     

简支组合梁抗火性能参数研究

采用经试验结果验证的有限元模型,对影响组合梁抗火性能的混凝土板、钢梁、栓钉相关参数,混凝土板中的纵筋参数,钢梁防火保护层相关参数和荷载参数进行分析研究,得出了对组合梁抗火设计有益的结论。     

ABAQUS用于约束钢柱抗火性能计算的验证

采用通用有限元分析软件ABAQUS对某试验工况中的约束钢柱和钢梁进行模拟计算,将试验测得的热电偶温度数据作为初始荷载进行热传导分析,得到整个约束钢柱和约束梁的温度场分布,并以此为输入温度场进行热力分析.通过将有限元分析软件计算所得的位移随温度变化关系同试验数据比较,验证了利用ABAQUS进行钢构件热力耦合分析的工具可靠,方法合理.     

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 ℃。     

拉索防火涂层对预应力组合梁抗火性能的影响

采用有限元软件ABAQUS建立了用于模拟预应力组合梁在火灾下全过程受力行为的模型,研究拉索防火涂层对预应力连续组合梁抗火性能的影响.考察组合梁跨中挠度、拉索应力及塑性应变随温度的变化,分析了预应力组合梁在高温下的温度变化和破坏模式.结果表明:钢梁下翼缘与腹板升温较快,二者温差很小,而腹板与上翼缘的温差较大;混凝土截面各...     

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...     

火灾下防火装饰一体化钢梁抗火性能研究

为研究采用防火装饰一体化构造的钢梁在火灾下的温度场和承载力,通过基于ANSYS软件建立的分析模型对不同截面尺寸和不同耐火极限的钢梁进行抗火性能研究,并给出了计算钢梁承载力的简化公式,公式计算结果与有限元结果吻合情况较好.     

体内预应力组合梁混凝土预压应力分析

针对在混凝土翼板中设置后张预应力的连续组合梁,提出由分担预加轴力、主弯矩和次弯矩产生的混凝土法向应力计算公式,主要分析施加于混凝土翼板的预应力通过剪力键向钢梁传递的力学模型,建立混凝土翼板承担的预压力沿梁纵轴的分布函数和理论解,求得考虑剪力键柔性的混凝土法向应力计算公式,作为组合梁抗裂设计依据。