标准升温下轴向约束PEC柱耐火极限及影响因素分析

为考察高温下相邻构件作用对PEC柱耐火极限的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了标准升温条件下约束PEC柱数值分析模型,得到了试验数据的验证。应用验证后的模型,分析了火灾荷载比、轴向约束刚度比、长细比、偏心率对约束PEC柱耐火极限的影响规律。结果表明,随着火灾荷载比的增大,约束PEC柱的耐火极限呈线性降低的趋势;轴向约束刚度比对PEC柱耐火极限几乎没有影响;长细比和偏心率对PEC柱耐火极限影响不大;在荷载比相同的情况下,随着长细比的增加PEC柱耐火极限略有降低,随着偏心率的增加PEC柱耐火极限略有上升。     

标准升温下PEC柱的耐火极限分析

确定了高温下钢材和混凝土的热工参数和应力-应变关系模型,建立了标准升温条件下局部填充混凝土(Partial Encaed Concrete,PEC)柱抗火性能分析的有限元模型,计算了火灾下PEC柱的变形曲线及耐火极限。计算结果经已有试验数据的验证,吻合较好。分析表明,无耐火保护PEC柱的耐火极限小于现有抗火标准的要求,分析模型可为进一步研究PEC的抗火性能及设计方法提供参考。     

弯矩分布模式对约束PEC柱抗火性能的影响

在实际火灾中,结构中的柱子可能受到轴力和不同分布模式弯矩的共同作用。弯矩分布模式的不同将导致柱的抗火性能产生一定差异。考虑结构中柱的实际受力状态,建立了ISO-834标准升温条件下四面受火约束PEC柱有限元模型,分析了不同轴向约束刚度比、荷载比和偏心率等参数情况下弯矩分布模式对约束PEC柱抗火性能的影响。结果表明,荷载比和偏心率较小时,不同的弯矩分布模式对PEC柱的变形特征和轴力变化系数影响不大;随着荷载比和偏心率的增大,对弯矩分布模式的影响变大。在其他参数相同的情况下,均匀弯矩分布模式下柱的耐火极限最短;三角形弯矩分布模式和异号弯矩分布模式下PEC柱耐火极限差别不大。     

钢管混凝土柱耐火极限的计算分析

利用有限元方法,在时间域上对火灾下钢管混凝土柱力学性能进行了全过程分析,考虑了火灾作用时间对构件的损伤累积作用,并编制非线性有限元程序NFACFST.利用该程序计算了ISO-834标准升温曲线作用下钢管混凝土柱的耐火极限tR,与以往国内外试验结果进行比较,二者符合较好.在此基础上,对圆形和矩形钢管混凝土柱耐火极限进行了参数分析,选用的参数包括轴压比n、截面边长D、含钢率α、长细比λ等.本文提供的火灾作用下钢管混凝土柱全过程分析方法,可为更合理地进行钢管混凝土柱的抗火设计提供参考.     

耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力

为了得到耐火钢圆钢管混凝土柱的防火性能,利用ANYSY有限元软件对火灾升温曲线下钢管混凝土柱进行温度场模拟,变化钢管直径、长细比、含钢率、钢材强度、混凝土强度、受火时间、荷载偏心率、荷载比等参数,采用数值计算方法求解耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力.提出耐火极限和承载力的实用计算公式,公式与数值计算结果吻合度高,可为有关工程的抗火设计提供参考.研究结果表明,与普通柱相比,在一定时间内耐火钢圆钢管混凝土柱耐火极限和承载力提高显著,因此可减薄甚至取消防火涂层.     

钢管混凝土轴心受压柱耐火极限的理论计算

在合理地确定钢管混凝土截面温度场分布＾［１］,及组成钢管混凝土的钢材及混凝土热－力本构关系模型＾［２］的基础上,提出一种计算钢管混凝土轴心受压柱耐火极限的数值分析模型,理论计算结果与试验结果吻合良好。最后,分析了钢管混凝土构件截面直径、含钢率、钢材屈服极限及混凝土强度等参数对思压柱耐火极限的影响。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱耐火极限的计算分析

采用分段积分法编制了计算带肋薄壁方钢管混凝土柱耐火极限的程序,计算结果与相关实验结果吻合较好。在此基础上,分析了柱的变形及加劲肋宽度等的影响规律,结果表明,带肋薄壁方钢管混凝土柱的耐火极限随着加劲肋宽度的增加而增加;轴压比对耐火极限的影响较大,随着轴压比的减小,构件的耐火极限增加;除较小加劲肋宽度且低荷载的情况之外,在薄壁钢管混凝土柱内部设置纵向加劲肋能够提供一定的安全储备。     

T形截面型钢混凝土异形柱耐火极限研究

建立了T形截面型钢混凝土异形柱抗火分析有限元模型,应用标准升温下的T形截面钢筋混凝土异形柱和型钢混凝土矩形柱耐火试验数据对模型进行了验证,包括温度场分布和耐火极限.利用验证后的模型,分析了含钢率、偏心率、轴力比、长细比等4个主要因素对型钢混凝土异形柱耐火极限的影响.分析表明,轴力比和偏心率对型钢混凝土异形柱的耐火极限影响较大,随着轴力比和偏心率的增加,耐火极限呈线性递减;随着长细比的增大,耐火极限有降低的趋势,但影响不显著;在不同轴力比情况下,耐火极限随含钢率变化的趋势有所不同.     

真实火作用下圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能

为分析圆钢管约束钢筋混凝土柱在真实火灾下的抗火性能,通过ABAQUS软件建立了有限元分析模型,包括温度场分析模型和耐火极限分析模型,主要考察参数为火灾升温速率、升温时间以及构件荷载比.真实火灾的温度-时间关系采用欧洲规范Eurocode 1 Part 1-2建议的参数火灾模型计算,并选取了ISO-834标准火灾作为对比.分析结果表明:真实火灾的升温速率越快、升温时间越短,构件的截面温度梯度越大;真实火灾作用下,圆钢管约束钢筋混凝土柱不仅可能会在升温过程中发生破坏,也可能会在降温过程中发生破坏;基于等效曝火时间的方法,将计算得到的真实火灾下耐火极限转换为标准火灾下的等效耐火极限,当真实火灾升温速率小于标准火灾速率时,采用标准火灾曲线得到的耐火极限比等效耐火极限小;而当真实火灾升温速率大于标准火灾时,采用标准火灾曲线得到的耐火极限比等效耐火极限大,即按标准火灾下进行的设计偏于不安全,建议按照真实火灾进行抗火设计.     

三面受火型钢混凝土柱耐火极限的试验研究与理论分析

制作了2根三面受火型钢混凝土柱,在标准升温条件下进行耐火极限试验,测量了构件轴向变形及中部侧向变形,观察了混凝土的爆裂及构件破坏过程,获得了构件的耐火极限。然后应用有限元软件ABAQUS建立了三面受火型钢混凝土柱三维非线性有限元模型,计算结果得到了试验数据的验证。结果表明,火灾荷载比及偏心率对三面受火型钢混凝土柱的耐火极限有很大的影响,有限元模型可以用来模拟三面受火型钢混凝土柱的温度场及耐火极限。     

蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中结构的变形和受力性能。现有的蠕变模型较多,但没有一个广泛适用的蠕变模型。不同的蠕变模型对钢结构抗火分析结果有很大影响。为了量化蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响,对5种常用的蠕变模型进行了对比分析。采用编写的约束钢梁计算程序,分别计算5种蠕变模型下约束钢梁的抗火性能并与试验数据进行对比。结果表明,采用Norton蠕变模型的计算结果与试验数据吻合最好。最后对影响约束钢梁抗火性能参数进行了研究,研究发现,Harmathy蠕变模型对约束梁抗火性能分析结果影响最大;不同蠕变模型对不同荷载比、约束刚度下的约束钢梁抗火性能影响程度均不同。     

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。     

火灾下FRP筋混凝土柱性能

为了深入了解FRP筋混凝土柱的抗火性能.采用有限元方法分析了火灾作用下FRP筋混凝土柱的温度场和力学性能.研究结果表明,通过减小配筋率或增大截面尺寸可以提高柱的抗火性能,存在一个最佳保护层厚度使柱的抗火性能达到最佳.通过对结果进行分析,拟合出关于配筋率和截面尺寸的耐火时间公式.通过与已有试验对比,验证了该有限元模型的有效性.     

四面受火钢筋混凝土柱抗火性能分析

给出了一种计算四面高温下钢筋混凝土柱抗火性能的简化计算方法,计算中考虑了高温下柱的材料性能、力学性能和稳定性退化以及侧向挠度的影响．通过该方法能够比较准确地计算出不同温度下钢筋混凝土柱的抗火性能,与试验结果吻合较好．在此基础上,对四面受火柱截面抗火性能的各个影响因素进行了分析,得到结论为配筋率、钢筋屈服强度对柱的极限承载力影响不大,而混凝土保护层厚度、混凝土受压强度和截面尺寸则是影响钢筋混凝土柱极限承载力的主要因素．     

Behaviour of concrete filled steel tubular columns under fire

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＢｅｃａｕｓｅｏｆｖａｒｉｏｕｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｌｉｋｅｓａｖｉｎｇｔｈｅｍａｔｅｒｉ ａｌ ,ｑｕｉｃｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｐｅｅｄ ,ｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｎｏｗｉｓｕｓｅｄｐｏｐｕｌａｒｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｈｉｇｈｂｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄｌｏｎｇｂｒｉｄｇｅ .Ｂｅｓｉｄｅｓｉｔｗａｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｉｔｓｆｉｒｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｏｕｌｄｂｅｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｄｃｏｍｐａｒｉ…     

三面受火小偏压SRC柱耐火极限试验

由于所处位置不同,结构中的柱有可能处于非四面均匀受火状态,受火边界的差异将导致柱耐火性能存在一定的差异.为认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,进行了两根ISO-834标准火灾作用下、三面受火(受拉侧不受火)SRC柱在小偏心荷载作用下的耐火极限试验,观察了试件破坏过程,获取了截面温度场分布、轴向变形-时间关系曲线、侧向变形-时间关系曲线及构件的耐火极限,分析了有关规律及机理.试验结果表明,混凝土爆裂(崩落)对截面温度场及构件耐火极限均有影响;荷载比和偏心率是影响高温下SRC偏压构件变形特征及耐火极限的重要因素.试验结果可供三面受火SRC柱耐火设计参考.