火灾后型钢混凝土柱承载力影响因素分析

残余承载力在火灾后型钢混凝土结构鉴定加固中起着重要的作用,通过有限元方法对型钢混凝土柱进行了火灾中升温降温传热分析,编制计算程序获得了截面最高温度场,同时计算出了不同影响参数条件下的火灾后型钢混凝土柱截面Nu-Mu相关曲线。分析了不同因素对火灾后型钢混凝土柱正截面承载力的影响,结果表明受火时间对残余承载力影响显著,含钢率和钢筋配筋率对残余承载力系数影响不大,较大的截面尺寸有利于提高残余承载力。     

火灾降温阶段型钢混凝土框架结构受力性能研究

在火灾降温阶段,结构构件的截面部分区域升温的同时,也有区域在降温,结构受力性能较为复杂,建筑结构更易发生倒塌破坏。为研究火灾降温阶段型钢混凝土框架结构的受力性能,通过已有火灾升降温条件下型钢混凝土框架及柱的受力性能试验,得到了构件截面的温度-时间关系曲线、结构变形-时间关系曲线,以及升降温过程中框架及柱的破坏形态。同时,采用有限元模型对升降温过程中型钢混凝土框架及柱的受力性能进行分析。结果表明：在火灾降温阶段,构件截面的升温区和降温区的范围在逐渐变化,截面的应力也随之发生变化。在此阶段,构件截面内部温度升高导致材料强度降低,截面外部处于降温区域的材料强度进一步降低,截面内外温差导致截面周围出现拉应力。上述因素的共同作用导致结构在火灾降温阶段发生破坏。相较于受火前,结构温度降至室温时结构的刚度降低、变形增加。     

Mechanical performance of steel reinforced concrete frame structures during fire including a cooling phase

在火灾降温阶段，结构构件的截面部分区域升温的同时，也有区域在降温，结构受力性能较为复杂，建筑结构更易发生倒塌破坏。为研究火灾降温阶段型钢混凝土框架结构的受力性能，通过已有火灾升降温条件下型钢混凝土框架及柱的受力性能试验，得到了构件截面的温度-时间关系曲线、结构变形-时间关系曲线，以及升降温过程中框架及柱的破坏形态。同时，采用有限元模型对升降温过程中型钢混凝土框架及柱的受力性能进行分析。结果表明：在火灾降温阶段，构件截面的升温区和降温区的范围在逐渐变化，截面的应力也随之发生变化。在此阶段，构件截面内部温度升高导致材料强度降低，截面外部处于降温区域的材料强度进一步降低，截面内外温差导致截面周围出现拉应力。上述因素的共同作用导致结构在火灾降温阶段发生破坏。相较于受火前，结构温度降至室温时结构的刚度降低、变形增加。     

轴心受压SRC柱受火全过程数值分析

在确定升、降温段钢材和混凝土材料性能的基础上,利用通用有限元软件ANSYS对轴心受压型钢混凝土柱受火全过程进行计算分析。结果表明截面温度滞后现象比较明显,在降温后的较长时间内构件内部仍在升温,SRC柱性能进一步劣化,其抗火能力最不利阶段发生在火灾降温过程中。     

H型钢混凝土柱的抗火性能数值模拟分析

火灾下型钢混凝土柱的抗火性能对结构整体抗倒塌能力影响重大。本文应用有限元软件ABAQUS对四面受火的型钢混凝土柱进行热-力耦合分析,考虑截面尺寸、含钢率、配筋率、轴压比、长细比和荷载偏心率等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,得出结论:截面尺寸、含钢率、轴压比、长细比和荷载偏心率对型钢混凝土柱抗火性能影响较大,配筋率对型钢混凝土柱抗火性能影响有限。     

Influence of steel ratio on fire resistance of concrete-filled square steel tubular columns with internal profiled steel

采用ABAQUS有限元软件,建立了火灾作用下内配型钢方钢管混凝土轴压柱耐火性能的有限元模型,验证了有限元模型的可靠性。在保证钢材总含钢率不变的前提下,对钢管和内配型钢进行分配,对比分析了两种截面形式柱常温承载力和耐火极限。对钢管含钢率、型钢含钢率以及钢材材料强度进行了分析,并对不同截面总含钢率下钢管含钢率分配比例对耐火极限的影响进行了计算和分析。结果表明：保持总含钢率不变,将钢管中部分钢材以型钢的形式置于混凝土中,常温下承载力略有降低,但火灾下耐火极限提高甚为显著;当钢管含钢率占截面总含钢率的50%~60%时,常温下承载力和火灾下耐火极限均能得到充分的发挥。     

含钢率对内配型钢方钢管混凝土柱耐火极限的影响

采用ABAQUS有限元软件,建立了火灾作用下内配型钢方钢管混凝土轴压柱耐火性能的有限元模型,验证了有限元模型的可靠性。在保证钢材总含钢率不变的前提下,对钢管和内配型钢进行分配,对比分析了两种截面形式柱常温承载力和耐火极限。对钢管含钢率、型钢含钢率以及钢材材料强度进行了分析,并对不同截面总含钢率下钢管含钢率分配比例对耐火极限的影响进行了计算和分析。结果表明:保持总含钢率不变,将钢管中部分钢材以型钢的形式置于混凝土中,常温下承载力略有降低,但火灾下耐火极限提高甚为显著;当钢管含钢率占截面总含钢率的50%~60%时,常温下承载力和火灾下耐火极限均能得到充分的发挥。     

圆形钢管混凝土柱接触热阻的理论分析

精确地分析火灾下结构构件温度场对于安全可靠的防火设计尤为重要。而目前,在计算钢-混凝土组合构件火灾下的温度场时,一般都忽略了钢与混凝土界面处接触热阻的影响。对结构钢和混凝土热物理参数进行了综合考虑,通过求解热传导方程导出了圆形钢管混凝土柱中钢管内壁与核心混凝土间接触热阻的解析解,为进一步精确分析火灾下圆形钢管混凝土柱温度场提供了一种新的方法。     

内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱的轴压性能，进行了10根内置型钢的圆形截面不锈钢管混凝土短柱和2根圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验，并建立其有限元模型，开展了受力机理分析和参数分析。试验和受力机理分析结果表明：设置型钢后圆形截面不锈钢管混凝土短柱的承载力和延性系数分别平均提高了24%和80.3%;峰值荷载作用时，型钢的最大约束应力超过不锈钢管。参数分析结果表明：该类组合柱的承载力随材料强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为36.1%～81.94%;峰值应变随钢材强度或钢管含钢率的增大而增大，最大提高幅度为28.33%～136.09%;轴压刚度随混凝土强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为27.89%～49.1%。提出该类组合柱的轴压承载力、峰值应变和组合刚度的简化模型，简化模型计算值与有限元计算结果及实测结果吻合较好。     

PEC柱在自然火灾下耐火性能的影响因素分析

自然火灾的温度曲线包括升温段和降温段曲线,其中降温段的温度作用对结构的耐火性能有重要的影响。为了深入的分析这种影响,文章基于ABAQUS软件建立了部分包裹混凝土(Partially Encased Concrete,简称PEC)柱在自然火灾作用下的有限元模型。通过PEC柱在自然火灾下的轴向位移-时间曲线,截面温度-时间曲线等关系,分析了截面尺寸、火灾荷载比、长细比对PEC柱在自然火灾下耐火性能的影响。结果表明:PEC柱的破坏可能出现在自然火灾的升温段,也有可能出现在降温段;火灾荷载比和构件长细比的增大导致PEC柱耐火性能减弱,截面尺寸对PEC柱耐火性能的影响很小。     

钢混凝土界面接触热阻试验研究

火灾条件下钢管与混凝土间界面热阻对结构温度场有很大影响。利用INSTRON 8874型高温材料试验机的高温接触热阻试验装置对钢-混凝土界面接触热阻进行了试验研究,根据各测点的温度时间历程曲线,利用多项式拟和方法外推得到钢、混凝土界面处温度值,通过热传导方程和接触热阻定义得到了界面接触热阻。试验结果表明,不同界面压力下钢管混凝土界面的接触热阻数值比较稳定,与文献结果相比有一定可靠性;无界面压力下钢管混凝土界面的接触热阻数值离散性大,随温度变化明显。     

型钢-方钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS有限元软件对型钢-方钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线进行了有限元分析,探讨了型钢-方钢管混凝土轴压短柱、等截面普通方钢管混凝土轴压短柱、等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的内力变化情况。分析结果表明:三种短柱中型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力最大且延性最好;与等截面普通方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱中核心混凝土纵向应力有所增长,钢管屈服后纵向应力降低速率、环向应力增加速率减缓,钢管对核心混凝土的约束作用减小;与等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱角部端点的约束效果最明显,钢管中点的约束效果最弱,型钢-圆钢管对核心混凝土的整体约束最强,型钢屈服后纵向应力略低于其屈服强度,且型钢的翼缘部分抗压强度比腹板部分的抗压强度高;等型钢含量情况下,随着翼缘长度b与腹板高度h比值的增大,轴压短柱的极限承载力越来越低,当b/h=0,即十字形钢骨-方钢管混凝土轴压短柱承载力最高;等体积含钢率下,普通方钢管混凝土柱轴压短柱承载力最低,随着型钢截面面积As与方钢管截面面积At的比值的增大,轴压短柱的极限承载力先增后降,当As/At≈0.8时,承载力达到最大值。     

高温后型钢混凝土框架结构抗震性能及其有限元分析

考虑受火时间、柱轴压比的影响,进行了考虑火灾升降温作用影响的高温后型钢混凝土框架结构抗震性能试验,升降温过程中和高温后阶段均保持柱顶竖向荷载的恒定。通过试验对高温后型钢混凝土框架结构在反复荷载作用下的破坏形态及滞回性能进行了研究。在此基础上,考虑升温阶段、降温阶段以及火灾后三阶段材料本构关系的转化以及型钢与混凝土之间、钢筋与混凝土之间界面的黏结滑移特性,建立了型钢混凝土框架结构温度场以及火灾后抗震性能的有限元分析模型,所得温度场以及试件的破坏形态、滞回曲线的分析结果与试验结果基本吻合,验证了所提出模型的合理性。     

火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力非线性分析

为了研究火灾后型钢混凝土异形柱的正截面承载力,在9根十字形、8根T形、9根等肢L形(简称DL形)和9根不等肢L形(简称BL形)型钢混凝土柱试验研究的基础上,编制了MATLAB非线性程序,通过对比表明运算结果与试验结果基本吻合。利用程序分析了弯矩作用方向角、含钢率、混凝土强度等级和偏心距对火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力的影响。试验结果表明:火灾后型钢混凝土异形柱破坏形式分为受拉破坏、受压破坏、轴心受压破坏和界限破坏;截面应变分布也基本符合平截面假定;在偏心距一定的情况下,0°加载角的承载力高于45°加载角的承载力。在其它因素一定的条件下,构件的极限承载力随含钢率的增大而增大,与混凝土强度等级呈正比,随偏心距的增大而减小。     

高含钢率型钢混凝土压弯构件受力性能影响因素分析

以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础,分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型,模拟试验骨架曲线,验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数,对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析,建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用,分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大,不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近,高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱;当设计轴压比小于1.2时,型钢混凝土柱试件均具有良好的延性;随着配箍率的增大,峰值荷载和峰值位移均增大,试件延性增大。     

某高层建筑筏板基础大体积混凝土的温度监测

沈阳市某工程2号塔楼筏板基础最大厚度达11m,给现场水化热温度控制带来了严峻的挑战.为了准确掌握混凝土浇筑后其内部温度的分布及发展情况,对其开展现场温度监测工作,以便依据监测反馈信息及时调整浇筑和养护技术措施,最大限度地控制温度裂缝的产生.通过对监测数据分析表明：混凝土浇筑完成后,内部温度发展趋势大致可分为“急剧升温”、“快速降温”和“平稳降温”3个阶段;混凝土表层温度受环境影响降温明显,内部混凝土高温持续时间较长,底部混凝土温度介于二者之间;基础截面变化、含钢率等对温度分布具有一定影响.     

火灾后等肢L形型钢混凝土柱偏心受压力学性能试验研究

为研究火灾后等肢L形型钢混凝土柱的力学性能,对4根受火后试件和1根未受火对比试件进行静力加载试验,火灾试验采用ISO834标准升温过程曲线。考虑加载偏心距对试件力学性能的影响。通过试验,得到试件破坏形态以及极限承载力、截面平均应变分布、柱中侧向位移曲线、荷载-滑移曲线和截面特性。研究表明:(1)两面受火1小时的等肢L形型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载能力;(2)通过空腹式配钢形式与合理的腹杆布置能够保证型钢与混凝土的协同工作能力,平均应变平截面假定仍适用于火灾后等肢L形型钢混凝土柱的分析中;(3)火灾后异形柱截面抗弯能力随着轴力的增加先增大后减小。     

新型配螺旋箍筋装配式SRC柱偏压性能研究

提出了1种新型的配螺旋箍筋的装配式型钢混凝土柱,为研究其在偏心受压荷载下的受力性能,以型钢型号,相对偏心距为参数设计了6根配螺旋箍筋的试件,1根配普通箍筋的试件以及1根现浇型钢混凝土试件作为对比,进行非线性仿真分析。结果表明：随着相对偏心距的增大,装配式螺旋箍筋柱的正截面极限承载逐渐减小,但相对于普通型钢混凝土柱更高,其破坏形式基本都为混凝土受压区压碎脱离,同时当型钢含钢率较低时,构件的承载力会由于型钢的全截面屈服而明显降低,构件承载力未能得到充分利用,因此应该限制螺旋箍筋柱的最小含钢率。     

预制钢桁架-混凝土组合剪力墙受力性能研究

钢桁架-混凝土组合剪力墙是一种适用于装配式建筑的新型抗侧力结构体系。本文采用ABAQUS有限元软件建立钢桁架-混凝土组合剪力墙的分析模型,对13个不同设计参数的钢桁架-混凝土组合剪力墙进行了单调加载模拟,得到了构件的变形性能和受力性能;考察了轴压比、混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量等参数对钢桁架-混凝土剪力墙受力性能的影响规律。研究结果表明:轴压比对于剪力墙的抗剪承载力和延性都具有较大影响,轴压比在0.3～0.5之间,钢桁架混凝土剪力墙的抗剪承载力较大;混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量对剪力墙受力性能影响不大;增加型钢柱的含钢率能有效提高剪力墙的抗剪承载力,增加型钢腹杆的含钢率对于剪力墙的抗剪承载力提升效果不明显。     

非均匀受火下约束型钢混凝土柱力学性能研究

为了解不同受火条件下型钢混凝土柱截面温度场,同时考察受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,进行了14个包括四面、三面、相对两面、相邻两面、单面受火条件下轴向约束型钢混凝土柱的抗火性能试验。试验结果表明：受火面数量、受火方位对 型钢混凝土柱截面温度分布有显著影响,升温时间相同时,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火试件截面相同位置处所经历的最高温度依此降低;距试件表面距离相同时,型钢翼缘外侧受火面温度比型钢腹板外侧受火面温度略高。受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比对升降温全过程下型钢混凝土柱轴向变形和轴力发展有显著影响,试件受热膨胀变形和降温压缩变形随受火面数的增多而增大;轴向膨胀变形随火灾荷载比的增大而减小,随荷载偏心率的增大而增大;荷载比越大,试件由轴向拉伸状态转为轴向压缩状态的时间越短,压缩程度越高。定义试验实测轴力与初始施加轴力的比值为轴力变化系数,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火时,试件升降温后期的轴力变化系数依此递减,轴力变化系数峰值随荷载偏心率和轴向约束刚度比的增大而增大,随火灾荷载比的增大而减小。