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.     

单层钢框架火灾行为的试验研究

对单层足尺钢框架进行恒载下受火的试验研究,通过试验得出了单层钢框架在受火过程中梁、板及柱的温度场分布规律和变形情况,分析了钢框架在恒载和火荷载共同作用下的破坏特征、耐火极限以及影响它们的各种因素.试验结果表明:钢框架在火灾行为下的破坏特征与单个构件在火灾行为下的破坏特征有所不同.     

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。     

钢框架结构抗火性能的试验研究

本文介绍四次不同水平荷载作用下,单层单跨钢框架结构的抗火试验,试件由特制的煤气炉进行加热升温,试验结果和理论分析结果吻合良好,文章最后提出了几点结论,供钢结构抗火设计参考.     

H型截面钢梁抗火试验研究

对6根H型截面钢梁进行了火灾行为的试验研究。试验中考虑了荷载大小、边界条件两个主要因素,得出了钢梁的温度场分布、变形情况、轴向约束力和固定端约束弯矩的变化规律。为今后钢结构火灾行为研究提供了依据。     

钢框架抗火计算研究进展

随着人们对钢结构抗火计算与设计理论研究的不断深入,钢结构抗火设计方法也在不断变化。作者分析了钢结构抗火计算的难点;通过查阅文献,研究了钢框架结构抗火计算的进展,得出了进一步研究的热点和难点问题;并对以后的发展进行了展望。     

足尺钢框架结构附加耗能减震阻尼装置的试验研究

在足尺五层钢框架结构每层的斜向支撑上附加一种粘弹性耗能减震阻尼装置，采用自由振动和基底正弦稳态激振试验的方法，研究了结构动力特性和动力反应的变化。试验表明，在２５℃环境温度下与没有附加阻尼装置的框架相比，结构的阻尼比可由原来的１．３０％增加到１０．６％，结构加速度反应可以减少７０％以上。足尺试验的结果还与该结构２／５模型的振动台试验结果进行了比较。     

某工程钢桁架新型节点受力性能试验研究

试验研究了某实际工程中所应用的新型钢桁架吊柱节点的受力性能.该试验节点属于方钢管焊接节点,由于所受荷载较大,在传统节点板连接的形式上又设置了垂直于节点板焊接的横向肋板与外加缀板,以共同传递吊柱荷载.试验结果表明,此新型节点的受力性能令人满意,虽然破坏首先出现在节点部位横向肋板与外加缀板焊缝段的应力集中处,但经过应力重分布后,节点部分仍能承受继续加载,而最终的破坏形式为杆件破坏,且承载力能够满足设计要求.     

H型截面钢柱抗火性能的试验研究

对2根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。采用足尺试验形式,柱长3 300mm,钢柱在试验过程中限制轴向变形。通过试验,得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向约束力情况。试验表明,限制轴向变形对钢柱火灾行为产生明显的影响,二次受火钢柱极限温度明显降低。为今后钢结构火灾行为研究提供依据。     

足尺多层钢框架建筑连续钢筋混凝土楼板的耐火试验

为了进一步了解混凝土楼板的耐火性能,进行足尺模型3层钢框架结构建筑连续混凝土楼板的耐火试验。此试验研究以比已有试验更真实的火灾条件为理论模型,在第2层设置一个特殊的、可加热4块楼板(2×2)的炉子,并在第3层设有钢梁。对试验结果进行详细的研究,考虑结构部件在加热和冷却阶段的炉子温度、温度分布、垂直和水平挠曲以及失效类型等因素。试验数据显示,除了相邻的结构部件提供的边界约束条件外,受热楼板数量和位置也对连续混凝土楼板的耐火性能有相当大的影响。此外,由于结构部件间的结构完整性和结构相互作用,钢梁也展示了其比标准耐火试验中的钢梁更好的耐火性能。与高强螺栓连接部件相反的是,火灾作用下,建筑的焊接螺栓连接件并不会导致钢梁发生局部屈曲。     

空间钢构架混凝土框架结构抗震性能试验研究和设计建议

空间钢构架是由横向和斜向缀条与纵向弦杆焊接而成的承重轻钢结构,将空间钢构架替代普通钢筋混凝土结构中的绑扎钢筋骨架,形成空间钢构架混凝土结构。为研究空间钢构架混凝土框架结构的承载力和变形能力、滞回曲线和骨架线、延性、耗能能力等抗震性能指标及其变形和破坏机制,进行了2榀空间钢构架混凝土框架和1榀普通钢筋混凝土框架试件低周反复荷载的对比试验。试验表明:空间钢构架混凝土框架结构的初始刚度与普通钢筋混凝土框架结构的初始刚度基本相同,在试件屈服后,空间钢构架混凝土框架结构的刚度退化程度要比普通钢筋混凝土框架结构缓慢,其延性要比配筋率相同的普通钢筋混凝土框架结构好。结合试验结果及其分析,给出了空间钢构架混凝土框架结构的抗侧力恢复力模型和设计建议。     

多层高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构的抗震性能,进行了一个1∶2缩尺模型的三层结构试件的低周往复加载试验,从结构的承载能力、刚度退化、位移延性、耗能能力及破坏模式等方面评价了结构的抗震性能,试验采用三质点倒三角形比例加载。研究结果表明：高强钢组合Y形偏心支撑结构具有较高的承载能力、较好的位移延性和耗能能力,屈服强度较低的耗能连梁的弹塑性变形耗散了大部分地震能量,而高强钢非耗能构件基本处于弹性受力状态,保证了极限状态下结构的完整性。框架梁与耗能连梁连接节点处受力复杂、应力集中严重,加之楼板对框架梁的约束,该节点处变形较大,使得试件最终在此位置破坏。     

盖板加强型节点钢框架子结构抗震性能试验研究

为研究盖板加强型节点钢框架结构的抗震性能,通过3榀1∶3缩尺盖板加强型节点钢框架子结构的低周往复加载试验,分析了此类子结构的滞回性能、刚度、延性、等效黏滞阻尼比,以及此类钢框架子结构侧向倒塌时的层间位移角、层间累积延性及累积耗能系数.研究表明:薄壁钢梁钢框架子结构试件的钢梁端部先屈曲后屈服,对应的层间最大位移角均值为3.5％,层间累积塑性位移角为45.5％,层间累积位移角延性比为43.3,层间累积塑性耗能系数为33.05;厚壁钢梁钢框架子结构试件在钢梁端部进入塑性后,其梁柱连接区域的焊缝断裂,对应的层间最大位移角均值为6.2％,层间累积塑性位移角为85.6％,层间累积位移角延性比为61.2,层间累积塑性耗能系数为72.66;厚壁钢梁钢框架子结构试件的钢梁端部形成理想塑性铰,对应的层间最大位移角可达7.2％,层间累积位移角为162.9％,层间累积位移角延性比为139.3,层间累积塑性耗能系数为117.58.     

混凝土框架顶部钢结构加层连接节点抗震性能试验研究

通过对锚栓生根、焊接生根、增大截面生根等三类共5个加层连接节点进行低周反复荷载作用下的足尺模型试验,对混凝土框架顶部直接加层钢结构连接节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性、耗能能力等进行研究。试验结果表明：三类加层节点的破坏形态均为混凝土梁端受弯破坏,混凝土与钢结构之间的螺栓及焊缝连接性能良好,连接过渡钢板未出现明显变形;增大截面生根节点的滞回曲线较为饱满,抗震性能优于锚栓生根节点和焊接生根节点;锚栓生根节点和焊接生根节点的施工工艺相对简单,可操作性较强。图9表5参8     

预应力型钢混凝土双坡框架抗震性能试验研究

为研究预应力型钢混凝土双坡框架的抗震性能和破坏机理,基于同等承载能力条件设计缩尺比为1∶4的1榀预应力混凝土双坡框架(PC-F)和1榀预应力型钢混凝土双坡框架(PSC-F),并对其进行竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的加载试验,得到框架的裂缝开展和分布及破坏形态特征、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、等效黏滞系数、总耗能和位移恢复能力等抗震性能指标。试验结果表明：同等承载力条件下,预应力型钢混凝土双坡框架具有更优越的抗剪能力和抗震性能;相较于预应力混凝土双坡框架,预应力型钢混凝土双坡框架的开裂荷载提高了70%;型钢的存在使得预应力混凝土双坡框架的破坏机制由两铰(柱-斜坡梁节点)破坏转变为四铰(柱-斜坡梁节点、斜坡梁-水平梁节点)破坏,每个塑性铰部位呈现典型的弯曲延性破坏特征;相较于预应力混凝土双坡框架,预应力型钢混凝土双坡框架滞回环近似梭形更加饱满,峰值荷载后承载力退化及刚度退化更加缓慢,位移延性系数、等效黏滞阻尼系数、总耗能分别提高了9.27%、30.6%、53.5%,位移恢复能力系数降低27.5%。     

Research on fire resistance test of a steel frame building under spreading fire

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律，对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验，测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段，受火70min时室内火灾达到全盛，测得火灾烟气层最高温度730℃；受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间，导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻，同时，各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段，呈现反复升降温的受火过程；受火过程中，钢构件温度变化显著滞后于火场温度，受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比，蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围，对结构安全和人员安全造成更大威胁，因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

设置组合工字钢梁的自复位框架抗震性能试验研究

基于"可恢复功能抗震结构"的设计理念,设计并制作了一种设置组合工字钢梁的自复位框架,采用消能杆作为耗能元件,进行了由不同消能杆组成的4个自复位框架的低周往复荷载试验,在分析其受力机理的基础上,对比分析了结构的受力发展过程、耗能能力和卸载后的自复位能力。结果表明:各自复位框架的试验宏观现象基本相同,其荷载-位移滞回曲线均呈"双旗帜"形;锚固板开口后,框架的抗弯刚度由预应力钢绞线和消能杆提供;层间侧移角加载至4%时,骨架曲线仍无下降趋势,结构具有良好的承载能力和变形能力;自复位框架的塑性变形都集中于消能杆,更换消能杆后,结构的抗震性能得以迅速恢复,实现了震后易于修复的设计目标;通过对残余层间侧移角和等效黏滞阻尼系数的分析表明,结构具有良好的自复位能力和耗能能力,且框架的抗震性能主要由自复位参数确定。     

蔓延火灾下钢框架结构抗火性能试验研究

为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律,对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验,测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段,受火70min时室内火灾达到全盛,测得火灾烟气层最高温度730℃;受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间,导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻,同时,各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段,呈现反复升降温的受火过程;受火过程中,钢构件温度变化显著滞后于火场温度,受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比,蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围,对结构安全和人员安全造成更大威胁,因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。     

钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为改进钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,将耳板引入钢框剪与内填墙的连接中。通过2个两层单跨缩尺比为1∶3的钢框架内填预制带竖缝钢筋混凝土剪力墙模型试件的拟静力试验研究,考察了耳板连接的可靠性和内填墙裂缝的开展与结构变形能力,分析了结构的破坏机理、滞回性能、刚度退化、变形及延性和耗能能力等。试验结果表明：抗剪连接件(U形筋)在梁柱节点上下耳板的连接处未发生破坏,耳板连接具有可靠的工作性能;钢框架带竖缝剪力墙结构具有良好的延性,平均位移延性系数大于3;内填墙的承载力由竖缝根部的剪切破坏控制。     

阻尼填充墙钢框架抗震性能试验研究

为研究带阻尼填充墙钢框架的抗震性能,设计了足尺的阻尼填充墙钢框架、普通填充墙钢框架试件和空钢框架试件各1榀,对试件进行了低周反复荷载试验。对比分析了不同试件在低周反复荷载作用下的破坏现象、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等。试验结果表明：阻尼填充墙钢框架在相同的荷载作用下墙体的开裂程度比普通填充墙的轻,墙体开裂荷载有一定提高;耗能砂浆和阻尼层起到耗散地震能量的作用,阻尼填充墙钢框架具有良好的位移延性;相对于普通填充墙钢框架墙体形成的“X”剪切裂缝,阻尼填充墙钢框架的墙体裂缝被阻尼层隔断,改变了填充墙的破坏模式;耗能砂浆和阻尼层改变了填充墙的内力分布和裂缝开展方式,提高了阻尼填充墙钢框架的抗震性能。因此,耗能砂浆和阻尼层对填充墙钢框架的受力模式、滞回性能、延性等抗震性能有利,可作为结构设计时参考应用。