火灾中采用逆向通道连接的钢梁-钢管混凝土柱结构约束组件的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,采用三维块单元,模拟火灾中钢梁-钢管混凝土柱及其节点约束组件的性能。利用近期英国曼彻斯特大学的采用逆向通道连接的3组耐火试验,对模型进行验证。结果表明:有限元模型能成功进行模拟。利用有限元模型,初步研究改变连接构件以加强结构耐火能力的可行性。对连接方式进行改进,以期使连接梁的链式反应能更好发展。提出外伸-内缩式混合端板连接形式,连接的拉伸部分采用外伸端板,以提高延性;受压部分采用内缩式端板,提高韧性。结果表明:不需任何费用,只要用混合端板连接替代外伸端板连接,就能提高连接梁的耐火能力。     

耐火钢构件抗火性能非线性有限元分析

根据新日铁钢铁公司的试验结果,拟合了高温下耐火钢的材料模型,结合其理想弹塑性应力应变关系模型,考虑几何非线性和材料非线性,采用有限元分析软件ANSYS建立了火灾升温条件下耐火钢构件的非线性有限元分析模型,并与高温试验结果进行了对比,验证了有限元方法分析预测耐火钢构件抗火性能的准确性和可靠性。最后通过有限元对比分析指出,耐火钢较普通钢可显著提高钢构件的抗火性能。     

火灾下钢管混凝土梁柱节点性能研究若干问题探讨

随着钢管混凝土在土木工程中的不断推广应用,其构件、节点乃至结构体系耐火性能的研究以及耐火极限的确定已引起人们的广泛关注。简述了钢结构梁柱节点火灾下力学性能的研究现状,在此基础上探讨了钢管混凝土梁柱节点抗火性能研究中需要关注的若干关键问题。     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

建筑构件的耐火极限试验

简单介绍了建筑构件的定义及其耐火极限的判定条件,分别阐述了建筑构件耐火试验的具体过程及操作要点,并指出了影响耐火极限的因素及提高构件耐火极限的具体措施,以指导实践。     

装配式钢-混结合梁柱节点有限元分析

为了提高装配式建筑的装配率,文中提出一种采用螺栓连接的装配式钢-混结合梁柱框架体系。研究梁柱节点的力学性能,在前人试验基础建立二维钢混结合段有限元模型,然后再建立三维钢混结合段有限元模型,通过对比两者的计算结果验证三维有限元模型的有效性,最后与钢节点进行装配获得节点的基准有限元模型进行参数分析。结果表明端部钢梁长度和连接程度对节点核心区应力分布影响可以忽略,但对节点抗弯性能和破坏形式影响较为显著。     

火焰厚度对钢筋混凝土柱耐火性能的影响

为正确评估火焰厚度对钢筋混凝土构件耐火性能的影响,以矩形截面四面受火柱为研究对象,以标准火为受火条件,采用数值分析方法研究构件表面和试验炉壁面温度,分析火焰厚度对构件耐火性能的影响。结果表明:炉壁温度略低于构件表面温度,不会向构件辐射传热;火焰厚度越大,构件温度越高,承载力越小,对硅骨料混凝土该现象尤为明显;因标准耐火试验炉炉腔尺寸较小,其试验结果可能过高地估计了构件的抗火能力,建议在耐火设计与评估中考虑实际火焰厚度对结构的影响。     

钢板箍加栓筋新型连接节点试验研究及理论分析

针对装配整体式混凝土构件之间的连接,提出一种钢板箍加横穿栓筋连接方式。并设计、制作了1∶2试验模型,进行低周单向反复加载试验以及理论计算分析,以探索装配整体式构件的工作机理和破坏模式,以及连接节点的工作性能;通过装配整体式构件的试验结果与现浇构件进行对比,验证新型连接方式具有现浇构件同样的抗弯性能和抗震能力,该节点可用于梁柱构件的装配连接。     

考虑楼板效应的外环板式梁柱节点抗弯承载力

楼板的存在对梁柱节点的局部受力影响显著,在梁柱节点设计中,若仅仅把楼板与钢梁的组合效应作为安全储备,可能会产生结构由"强柱弱梁"转变成"强梁弱柱"的颠覆性结果,因此忽略混凝土楼板对节点承载力及刚度的影响是造成破坏的重要原因.基于已完成的带楼板的T型梁柱节点低周往复荷载试验,建立了非线性有限元分析模型.为了更加全面地了解钢梁-楼板组合节点的工作机制,进一步补充完善试验研究的不足,模型考虑了楼板与钢梁之间的栓钉连接以及材料非线性等因素,模型的计算结果与试验结果具有高吻合度.在此基础上,通过有限元参数分析,详细分析了构件尺寸效应、轴压比、楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比共五个参数对考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能的影响.结果表明尺寸效应、轴压比对梁端抗弯承载力及刚度的影响小到可以忽略,楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比对梁端抗弯承载力有显著影响.结合理论分析进一步提出了考虑楼板影响的外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力计算公式,通过对比公式计算结果与试验、有限元分析结果可得,该计算公式可较好的计算带楼板外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力.     

钢结构住宅的火灾危险性分析与耐火设计

在分析钢结构住宅火灾危险性的基础上,讨论了钢结构住宅的三种耐火设计方法,包括构件耐火试验法、构件耐火分析法和基于整体结构的耐火设计方法。根据钢结构住宅的耐火设计要求对耐火保护方法进行了详细分析,在此基础上,利用基于计算的构件耐火分析法对某钢结构住宅工程进行了耐火设计。结果表明,构件耐火分析法具有更好的安全性与经济性。     

Application of fire-resistant steel to beam-to-column moment connections at elevated temperatures

This paper presents a new method of using fire-resistant steel to improve the fire-resistance of beam-to-column moment connections in steel structures. Two full-scale beam-to-column moment connection specimens were tested at elevated temperatures according to the standard ISO-834 fire to verify the feasibility of the proposed method. In addition, a detailed 3-D finite element model was developed to simulate the structural behavior of the column-tree moment connection specimens in fire. The fire test results show that the proposed method can effectively extend the fire endurance time, reduce structural deformation, and raise the critical temperature to failure for the beam-to-column moment connections. The numerical results obtained from the 3-D finite element analyses for the two specimens successfully simulated the fire test results.     

Behavior of beam-to-column moment connections under fire load

The welded flange-bolted web type moment connections are commonly used in the construction of modern steel buildings. The behavior of this type of connection under service load and seismic load has been studied extensively; however, the knowledge of its performance under fire load is limited. In this paper, the experimental studies of the welded flange-bolted web moment connections under fire loads are presented. Four full-size steel beam-to-column assemblages, with and without fire-proofing materials, were selected to simulate the moment connection commonly used in steel buildings. The fire load was simulated either by a steady state method to reach a fully-developed fire or by a transient state method following the standard temperature-time curve. Parametric studies were also conducted to examine the strength degradation of steel moment connection at elevated temperature. From these studies, it was found that the beam-to-column connection is able to retain its design strength up to 650 ^°C. However, the stiffness dropped to 25% of the value at ambient temperature. Ductile behaviors were observed on the connections, with necking and tearing at the top flange and local buckling at the bottom flange. It was also found that the stability and integrity of steel connections can be ensured if proper fire-proofing materials were provided.     

未补强焊接梁柱接头之应用于箱形柱

探讨钢结构特殊弯矩构架梁柱接头的耐震行为,梁柱接头采用未补强焊接梁柱接头,特点在于厚梁翼板、箱形柱断面、且焊接扇形孔采用美国AWS的建议,以盼能提供良好的韧性行为。以试验方法进行两组实尺寸试体的试验,梁柱子结构承受反复载重。试验结果显示,两组试体皆可达4%弧度层间变位角,梁发展塑性弯矩强度;破坏肇因于梁翼全渗透焊道裂缝造成的撕裂。研究成果提供预审合格梁柱接头更广泛的实务应用。     

钢梁与SRC柱之梁柱接头耐震试验

相对于传统SRC梁接SRC柱的梁柱接头而言,本研究采用钢梁接SRC柱之接头型式,尝试利用SRC柱在劲度与抗压强度之优点,并避开SRC梁在施工上的不便,初步进行了两组大尺寸试体之反复载重试验,以探讨此种型式接头之耐震行为。实验结果显示,由于两组试体之钢梁与钢柱之弯矩强度比并未满足强柱弱梁的规定(但SRC柱整体之抗弯强度仍大于钢梁之强度),因此其反复载重位移曲线并不如满足强柱弱梁的纯钢构接头饱满,而在非弹性阶段出现较明显劲度衰减的现象;但由于SRC柱接头区的混凝土对钢柱提供了良好的围束,使得试体极限强度仍可稳定发展,且两支试体之最大层间变位角均超过5％弧度     

钢结构梁柱节点耐火性能的数值模拟

建立数值模型,研究钢结构节点的耐火性能。采用2种方法将火灾模拟中的热分析转变为结构分析。根据ISO834标准火灾曲线,对钢结构节点进行足尺试验,验证本方法的正确性。通过火灾动态模拟器获得壁面温度,将其对应的截面作为火灾截面置于结构表面进行分析,数值结果与试验一致。此外研究了火炉尺寸的影响和对绝缘材料的敏感性分析。分析两根翼缘削弱梁,并与无翼缘削弱梁的模拟结果对比。经历相同时间之后,两种构件均能承受严重的火灾,并发生跑道现象。     

Experimental study on bending behavior and seismic performance of hybrid composite beam with new shape

With the increasing construction of high-rise and long-span buildings, composite structure systems have been increasingly studied in various fields. This study presents and evaluates a new concept hybrid composite beam, using monotonic and cyclic tests. 6 bending specimens and 2 beam-to-column connection specimens of the new concept hybrid composite beam were fabricated for bending and seismic performance testing. The bending behavior test results showed that the capacity of the beam stably increased in proportion to the depth of beams and the thickness of steel plates. Also, sufficient maximum moment was secured compared to nominal moment. The seismic performance test results showed that the maximum moment was above the plastic moment, and the connection was intermediate moment frame.     

钢构造梁扩翼接头之耐震行为

传统抗弯构架之梁柱接头梁腹板以螺栓接合而梁翼板以全渗透焊接于柱,在北岭及阪神地震的侵袭下,梁柱接头处发生严重脆性破坏。本研究针对钢梁连接H型钢柱之接头,以扩大接头处梁翼板宽度之改良方式,改善扇形开孔处与梁翼全渗透焊道之应力集中现象。藉由参数研究确立各设计参数,制作六组实尺寸试体进行试验。试验结果显示,扩翼式梁柱接头试体可降低梁柱接头处发生脆性破坏之可能,而皆可产生塑性铰,提供优良且稳定之弯矩强度及韧性能力。     

典型钢梁与箱型柱采用梁翼切削或梁翼加盖板抗弯接头的破坏模式

本文主要介绍二十二组钢梁与箱型柱抗弯接头试体的耐震行为与破坏模式,其中十七组试体采用梁翼切削(reduced beam section,RBS)式接头,另五组以梁翼加盖板的补强(enlarged beam section,EBS)式接头,所有试体均为梁腹栓接、梁翼焊接(BWWF)的现场施作接头。试验结果显示,七组梁翼切削试体及三组梁翼加盖板试体具有4%弧度层间位移角或3%塑性转角以上的变形能力,此十组试体的平均梁塑铰应变硬化系数为1.22。由试体破坏形式归纳,造成梁柱接头变形能力不足的破坏模式包括:梁翼板全渗透焊道断裂、梁翼板于梁腹扇形开孔尖端附近断裂、梁翼切削段内断裂、柱内横隔板与柱板间焊道破坏、及柱板冷(氢)裂五类。探讨此试体破坏原因发现,在六组钢梁与柱内横隔板电溶渣焊焊道侧接合的试体中,三组试体破坏发生于电溶渣焊与柱板接合界面附近,破坏机率高达50%,此现象应值得钢构业重视。本研究成果也发现,高达55%试体未满足台湾钢结构设计规范3%塑性转角或美国AISC耐震特别规定4%层间位移角的变形需求,此显示钢梁与箱型柱采用梁翼切削或加盖板抗弯接头的设计、施工与检测技术有相当大的改善空间。     

地震作用下端板连接的特性

试验测试了循环荷载作用下的一组8个足尺的钢梁柱端板连接弯矩。研究的参数有端板厚度、螺钉直径、外伸端板加劲肋、柱加劲肋、齐平/外伸端板的类型。试验结果反映在弯矩能力曲线、转角刚度、转动能力和滞回曲线上。试验结果显示:延伸的端板连接有足够的强度、节点转动刚度、延性和抗震结构中要求的耗能能力。基于试验结果和分析,提出了在钢结构抗震设计中对端板连接弯矩的一些详细要求,为保证在地震作用下端板连接能够提供足够的转动能力和耗能能力,并使最终破坏模式为延性破坏,推荐了三种失效模式和相应的抵抗能力。为考虑端板连接向两侧延伸,本文还提出了一种双线性的运动硬化弯矩-转角(M-R)滞回模型。     

后张无黏结预应力干式连接梁柱节点抗震性能试验研究

为研究后张无黏结预应力干式装配梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能,对其进行了拟静力试验研究。试验中设计了2个常规现浇梁柱节点和4个装配式梁柱节点,包含中节点和边节点。对比分析了现浇节点和装配节点滞回性能、刚度、承载能力以及变形能力差异。试验结果表明：试验中设计的后张无黏结预应力装配式梁柱节点试件在初始刚度、承载能力、变形能力以及损伤控制等方面均优于传统的现浇节点试件,耗能能力略低;进一步研究了后穿耗能钢筋无黏结段位置对装配节点性能的影响,认为后穿耗能钢筋无黏结段设置在柱外时,装配节点呈现更高的耗能能力和变形能力;装配式节点预应力钢绞线在1/20大位移角下仍能保持弹性,梁柱接触面基本无摩擦滑移,该类装配式节点具有良好的整体性和安全性。