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。     

高温蠕变对约束高强度Q460钢梁抗火性能的影响

高温和荷载共同作用下钢材产生明显的蠕变变形,对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大影响。为了研究钢材高温蠕变对约束高强度Q460钢梁抗火性能的影响,采用ANSYS有限元软件建立约束钢梁结构分析模型,引入普通钢材高温力学性能和蠕变特性,分析了约束普通Q345钢梁的火灾响应,并与试验结果进行了对比,验证了模型的正确性。采用验证后的模型,引入高强度Q460钢材的高温力学性能和蠕变模型,分析了高温蠕变对约束高强度Q460钢梁抗火性能影响的程度,并将约束普通Q345钢梁和高强度Q460钢梁的抗火性能进行了对比。最后对考虑蠕变效应后影响约束高强度Q460钢梁的抗火性能参数进行了分析。研究表明,钢材高温蠕变对约束高强度Q460钢梁的抗火性能影响很大,蠕变不利于约束Q460钢梁抗火承载力的发挥;约束高强度Q460钢梁比普通Q345钢梁的抗火性能好,约束钢梁的极限状态可以按钢梁达到轴向最大拉力时进行设计。     

高温蠕变对高强度Q460钢柱抗火性能的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显的蠕变变形,从而对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。为了研究高温蠕变对高强度Q460钢柱抗火性能的影响,采用ANSYS有限元程序建立了考虑蠕变的钢柱抗火分析模型,利用普通钢柱试验数据对其进行了验证。引入高强度Q460钢材在高温下的力学参数和高温蠕变参数,利用有限元方法进行了考虑蠕变效应的高强度Q460钢柱在多个参数下的抗火分析,与普通钢柱和现行CECS 200∶2006《建筑钢结构防火技术规范》的计算结果进行了对比。结果表明:长细比、荷载比、升温速率对考虑蠕变效应后高强度Q460钢柱的抗火性能有明显的影响。高强度Q460钢柱的抗火性能优于普通钢柱,CECS 200∶2006中钢柱的抗火设计结果不适用于高强度Q460钢柱。     

考虑约束效应的Q460钢梁耐火性能研究

为获得Q460钢梁在约束效应和火灾耦合作用下的耐火性能,考虑荷载比和轴向约束刚度对钢梁耐火性能的影响,完成了3个约束Q460钢梁瞬态试验,得到了钢梁侧向位移、挠度和轴力与Q460钢梁温度的关系曲线。对约束Q460钢梁开展有限元分析,得到了荷载比、轴向约束刚度、转动约束刚度和截面高宽比对钢梁临界温度的影响规律。研究结果表明：约束Q460钢梁在横向荷载和附加轴力联合作用下,一般发生弯扭屈曲破坏;悬链线效应温度与临界温度相差不大;荷载比和转动约束刚度对约束Q460钢梁的临界温度影响显著;临界温度随转动约束刚度的增加而增加,转动约束刚度从无转动约束增大到5EI/L时,钢梁临界温度升高约34%,临界温度随荷载比的增加而降低,荷载比从0.4增大到0.9时,钢梁临界温度下降约26.5%;轴向约束刚度和截面高宽比对临界温度的影响程度较小,临界温度随轴向约束刚度的增大而降低,随截面高宽比的增大而升高。     

Q460高强钢焊接箱形截面残余应力研究

为研究国产Q460高强钢焊接箱形截面的残余应力分布规律,采用分割法对6个不同截面尺寸的试件进行了试验研究。基于测量数据,得到了不同试件全截面残余应力分布,研究了板件宽厚比、板件厚度等几何尺寸对残余应力的影响以及测量过程中人为产生的误差、截面板件间残余应力的相互影响及自平衡性等。试验结果表明：残余压应力与截面尺寸直接相关,残余拉应力与截面尺寸关系不大;采用分割法测量时人为操作产生的误差很小;截面4块板件的残余应力能够分别满足自平衡条件。提出了适用于Q460高强钢焊接箱形截面的残余应力分布模型和计算式,该模型能够准确反映截面尺寸的影响,且与试验结果吻合良好。     

国产Q460高强钢焊接T形截面残余应力分布试验研究

残余应力是影响钢压杆整体稳定承载力的重要缺陷因素之一.为获得合理的国产Q460高强钢焊接T形截面残余应力分布模型,采用锯割法对不同截面尺寸的8个试件进行残余应力试验研究.根据实测数据,绘制各截面的残余应力分布图,研究板件宽厚比、板件厚度对残余应力大小及分布宽度的影响,组成截面各板件间的相关性及残余应力的自平衡性.分析结果表明:焊缝处残余拉应力大小与板件厚度及板件宽厚比无关,相应的分布宽度与板件厚度及板件宽厚比成反比;板件外伸段中部的残余压应力大小与板件厚度和板件宽厚比成反比,相应的分布宽度与板件厚度和板件宽厚比无关;各板件内的残余应力能够分别满足自平衡条件,且全截面上的残余应力也能满足自平衡条件.基于上述分析结果,提出能够准确描述试验结果的国产Q460高强钢焊接T形截面残余应力分布模型,并进行有限元分析验证,为后续焊接T形截面钢压杆整体稳定承载力的研究提供重要参考.     

国产高强度Q960钢高温蠕变及其对钢柱抗火性能影响

为获得国产高强度Q960钢高温下蠕变应变,对Q960钢进行高温拉伸蠕变试验,得到不同温度和应力水平下的蠕变应变-时间曲线,基于试验数据,提出适用于Q960钢结构抗火分析的蠕变模型。采用有限元模型分析蠕变效应对Q960钢柱抗火性能的影响,得到标准升温条件下无防火保护Q960钢柱的临界温度,并与《建筑钢结构防火技术规范》(GB 51249)计算的结果进行对比。研究表明:当温度超过600℃时,Q960钢材具有明显的蠕变效应,且温度越高,断裂前蠕变总变形越大;蠕变效应会显著降低Q960钢柱的临界温度和耐火极限;《建筑钢结构防火技术规范》(GB 51249)中的临界温度法不适用于Q960钢柱,当荷载比小于0.75时,计算结果不安全,而荷载比大于0.75时,计算结果偏于保守。     

高强度Q690钢柱受火后受力性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱受火后的受力性能,采用电炉将2根高强度Q690钢焊接H形截面柱升温至800℃后自然冷却至常温,对受火后钢柱进行受压试验,得到钢柱的承载力和破坏模式。为考察受火对钢柱承载力的影响,对2根同尺寸不受火钢柱也进行受压试验。使用ABAQUS软件建立了试验钢柱有限元模型,考虑钢材受火后力学性能的退化和截面残余应力的影响,模拟试验构件的结构响应,并与试验结果进行对比。研究表明:钢柱均发生了绕弱轴的整体失稳破坏;经800℃受火作用后的钢柱承载力与不受火相比降低30%左右;有限元分析结果与试验结果吻合良好。进而采用有限元模型分析受火温度、冷却方式、长细比等参数对受火后Q690钢柱整体稳定系数的影响,有限元分析发现:受火后Q690钢柱稳定系数随受火温度升高呈先增大后减小的趋势,转折点为800℃左右;受火温度较低时冷却方式对Q690钢柱稳定系数影响较小,受火温度高于800℃后影响显著;受火后Q690钢柱稳定系数随长细比增大而降低,长细比小于80时,降低幅度较大,长细比超过80时,降低幅度减小。     

考虑墙板约束影响的轴心受压钢柱抗火设计方法

本文通过有限元分析,研究了带墙板钢柱在墙板约束作用下的抗火承载力,也考察了钢柱截面温度不均匀分布对钢柱抗火承载力的影响。通过大量的有限元计算和参数分析,推导出了计算带墙板钢柱抗火承载力的简化设计方法。     

残余应力对Q550高强度焊接H型钢柱承载力影响分析

借助有限元软件,以轴心受压H型钢柱为研究对象,对其极限承载力进行分析研究,探讨残余应力对其极限承载力的影响。分析结果表明:翼缘端部的残余应力峰值对H型钢柱影响最大,翼缘中点的峰值影响次之,腹板中点的峰值影响最小,现有钢结构设计规范应用于Q550高强钢轴心受压构件极限承载力的计算略微保守。     

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。     

An approach for evaluating fire resistance of high strength Q460 steel columns

To develop a methodology for evaluating fire resistance of high strength Q460 steel columns, the load bearing capacity of high strength Q460 steel columns is investigated. The current approach of evaluating load bearing capacity of mild steel columns at room temperature is extended to high strength Q460 steel columns with due consideration to high temperature properties of high strength Q460 steel. The critical temperature of high strength Q460 steel column is presented and compared with mild steel columns. The proposed approach was validated by comparing the predicted load capacity with that evaluated through finite element analysis and test results. In addition, parametric studies were carried out by employing the proposed approach to study the effect of residual stress and geometrical imperfections. Results from parametric studies show that, only for a long column (slenderness higher than 75), the magnitude and distribution mode of residual stress have little influence on ultimate load bearing capacity of high strength Q460 steel columns, but the geometrical imperfections have significant influence on any columns. At a certain slenderness ratio, the stability factor first decreases and then increases with temperature rise.     

Q460C高强度钢柱滞回性能有限元分析

为进一步研究Q460C高强度钢柱的滞回性能,在已有试验研究的基础上,采用通用有限元分析软件ANSYS建立了数值模型,对Q460C高强度钢材焊接箱形和H形截面柱在常轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能进行模拟,并研究了残余应力对高强度钢试件滞回性能的影响。将有限元分析结果与已有试验结果进行对比,两者吻合较好。研究结果表明：采用提出的Q460C高强度结构钢滞回模型进行有限元分析,能较为准确的预测Q460C高强度钢材焊接H形和箱形柱的滞回性能;试件内残余应力对Q460C高强度钢材焊接H形和箱形截面柱的滞回性能影响较小。     

Q460C高强度结构钢焊接H形和箱形截面柱低周反复加载试验研究

为充分了解高强度结构钢构件的抗震性能,采用Q460C高强度结构钢焊接制作H形和箱形截面柱试件各4个,进行固定轴压比为0.3的低周反复加载试验。试验测得了Q460C高强度结构钢H形和箱形截面柱的荷载 位移滞回曲线和弯矩 曲率滞回曲线。试验结果表明：宽厚比接近GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》中“一级抗震”限值的试件试验破坏模式为板件局部屈曲,而宽厚比远小于“一级抗震”限值的试件在柱底部可形成具有充分转动能力的塑性铰;宽厚比小于“二级抗震”限值的Q460C焊接 H形截面柱和小于“一级抗震”的Q460C焊接箱形截面柱具有良好的耗能能力和抗震性能。在试验基础上提出了Q460C高强度结构钢焊接H形和箱形截面柱的弯矩 曲率滞回模型,为高强钢结构在地震作用下的弹塑性静力分析和时程分析提供参考。     

钢管混凝土柱抗火性能浅析

介绍了钢管混凝土柱的特点及其抗火性能研究的必要性,分析其抗火性能机理及其主要的影响因素,包括截面尺寸、含钢率、长细比、保护层厚度、边界条件、受火情况等,提出了进行钢管混凝土结构构抗火性能研究的几个关键问题。     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

Q460高强钢单调与反复加载性能试验研究

通过对Q460高强钢进行单向拉伸与反复加载下材料性能试验,得到了各试件单调拉伸和反复加载下的应力-应变关系曲线,以及反复加载下的骨架曲线,并将试验结果与文献研究结果进行了对比。试验结果表明：单向拉伸材性试验中,11 mm厚Q460C高强钢板的平均断后伸长率为23.7%,屈强比为0.847; 21 mm厚钢板的平均断后伸长率为30.4%,屈强比为0.792;Q460钢的循环硬化程度比Q345钢明显减弱,主要原因是随着钢材强度的提高,钢材的屈强比增大,钢材的应变强化效应减小。根据钢材反复加载的滞回曲线,提出了Q460高强钢材的应力 应变滞回模型,用该模型计算得到的关系曲线与试验曲线对比,两者吻合较好。