钢管混凝土平面框架温度场有限元分析

火灾下的温度场计算是进行结构抗火设计或研究的重要步骤。采用有限元软件ABAQUS建模,对带楼板单层单跨钢管混凝土平面框架在ISO-834标准火灾作用下的温度场分布进行计算,并采用有关试验数据对计算结果进行验证。     

火灾下钢筋混凝土框架结构高温力学性能数值模拟研究

建立一个单层双跨钢筋混凝土框架模型,基于钢筋和混凝土材料的热工性能和高温力学性能,运用ABAQUS 有限元软件对框架结构进行单室和多室火灾模拟,研究不同火灾工况下,梁、柱构件及整体结构的温度场分布、变形特征和内力变化规律。结果表明：框架结构在单跨受火及双跨受火两种不同受火情况下,双跨受火梁及边柱的温度场与单跨受火时相同,而中柱及节点核心区的温度分布存在差异;节点核心区温度较周围的梁段和柱段明显偏低;受火方式及框架柱的轴压比对框架结构高温力学反应存在显著影响。     

基于多尺度建模的震损RC框架抗火混合模拟

基于构件的震后火灾试验无法全面真实反映整体结构历经地震损伤后局部构件的受火性能,采用ABAQUS软件建立不同损伤组合下的钢混框架有限元模型,并将多尺度建模方法与抗火混合模拟相结合,研究不同建模方式的计算结果差异、不同损伤组合对结构耐火极限的影响,以及抗火混合模拟评估结构震后火灾性能的适用性。结论表明：相对微观单元模型,多尺度单元模型的计算时间在裂缝损伤下和裂缝与剥落共同作用损伤下分别缩短68%和61%,裂缝与剥落共同作用损伤较裂缝损伤耐火极限降低22%,由于考虑了边界条件的变化,抗火混合模拟能够通过局部构件试验反映整体结构的震后抗火性能。     

受火状态下新型装配式组合节点温度场有限元分析

为准确研究梁端内插H型钢的先张预应力预制混凝土梁-外包混凝土的钢管混凝土柱框架连接节点受火状态下的性能退化,进行受火状态下温度场有限元模拟研究。通过选取合理的混凝土和钢材物理及热工性能参数,基于有限元软件ABAQUS,根据传热学瞬态热传导基本微分方程,建立温度场有限元模型。通过对比已有试验结果,验证所建模型的准确性。研究结果表明,新型装配式组合节点受火时间及连接钢接头对构件温度场的分布具有较大影响,受火时间越长,最高温度越高,但温度上升逐渐缓慢;钢接头的存在使节点区温度场重分布。     

钢管约束型钢混凝土柱火作用下受力性能分析

为了得到火作用下钢管约束型钢混凝土柱的抗火性能,采用有限元软件ABAQUS建立钢管约束型钢混凝土柱有限元模型、分析ISO-834标准升温条件下构件的温度场分布和耐火极限。研究截面尺寸、荷载比、长细比等因素对构件耐火极限的影响规律。采用试验数据对分析结果进行验证,吻合较好。     

高层钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗火性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS,对高层钢管混凝土柱-钢梁组合框架不同区域发生火灾的情况进行数值模拟,研究高温下各构件的温度场分布以及不同区域框架受火时的变形情况、耐火极限、应力分布状况。结果表明：在考虑楼板有利作用下,钢梁上翼缘的温度最低;高层建筑的底层变形最大、耐火极限最短、钢管的应力最集中、核心混凝土处于全截面受压状态。     

高温下钢筋混凝土内部温度场数值模拟

针对高温下钢筋混凝土构件导热的非线性瞬态特点,全面考虑其热工参数和质量热容参数的变化时序性,把传热学理论与计算机数值模拟技术相结合,利用ANSYS热分析功能,模拟高温(火灾)作用下混凝土构件内部温度场的变化,应用瞬态温度场仿真程序对四面受火矩形截面柱和T形截面梁温度场进行了数值模拟,模拟结果较试验结果偏大的原为模拟未考虑结构构件实际火灾环境的散热。算例模拟表明,模拟结果与文献给出的试验结果图形曲线走向一致,验证了计算机数值模拟结果分析的适用性与正确性,为混凝土结构构件抗火分析提供了计算辅助手段与理论依据。     

火灾下木构件温度场分布数值模拟研究

木材是可燃性材料,研究木构件的抗火性能具有重要意义。受火后木材表面发生炭化,由于炭化层的导热系数较低,木材表面的炭化层能减缓热量传递并延缓木材燃烧,因此木材受火后传热是一个非常复杂的问题。采用ABAQUS较系统地研究了木构件的截面温度场分布规律,为木构件抗火性能研究提供基础。模型中木构件采用二维平面单元模拟,材料的热工特性参数根据欧洲规范(EN 1995-1-2)取值。分别采用三面受火木梁和四面受火木柱试验结果对数值模型的可靠性进行验证,并进一步研究了木材干密度和含水率对木构件温度场分布的影响。研究表明,材料密度越大,截面相同位置处的温度越低,截面温度上升越慢;而含水率对截面温度分布影响较小。     

防火涂料局部脱落的钢管混凝土柱温度场有限元分析

实际工程中,钢管混凝土柱表面的防火涂料可能会发生局部脱落,将影响火灾下构件的温度分布,进一步影响构件的耐火极限。为获得防火涂料局部脱落的钢管混凝土柱温度分布规律,为此类构件的抗火设计提供参考,采用ABAQUS建立了涂料局部脱落构件的温度场有限元模型,分析了构件截面形状系数和长度、防火涂料厚度和热工参数、涂料脱落位置和脱落长度等对构件温度的影响。分析结果表明,圆形与方形构件的温度分布类似,前者温度略高于后者。涂料在构件两端脱落和跨中脱落的工况可根据对称性简化为一端脱落。涂料脱落仅影响沿柱长有限区域内的温度分布,随着升温时间的增大、涂料脱落长度的增大、涂料导热系数的减小、涂料厚度的增大以及构件截面形状系数的减小,该区域长度增大。     

四面火灾方钢管钢骨混凝土柱截面温度场分析

为研究四面火灾作用下方钢管钢骨混凝土柱的抗火性能,在合理确定了混凝土和钢材热工参数的基础上,运用有限元软件ABAQUS建立了四面火灾方钢管混凝土的计算模型,并与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上建立四面火灾作用下方钢管钢骨混凝土柱的截面温度场计算模型,在常用工程范围内,分析了升温时间、含钢...     

火灾下门式钢刚架倒塌试验与雷达位移测试系统有效性研究

近年来火灾下钢结构倒塌造成消防官兵伤亡的事故频繁发生,亟需开展建筑火灾倒塌预警研究.现有研究已表明:可以通过测量门式钢刚架柱顶和屋脊处的微变形来预测火灾下结构的倒塌,但由于高温和热烟气的存在,火灾下位移的实时测量问题尚需研究.该文通过试验方法研究雷达在实际火场位移测量中的可行性,首先设计一个缩尺单跨门式钢刚架的火灾试验...     

基于实际火灾场景的钢框架结构倒塌机制分析

采用ABAQUS建立无楼板的多层钢框架模型,采用顺序热-固耦合法,综合考虑实际火灾场景下局部火源位置、火源功率变化、非均匀分布温度场及火灾作用下梁柱失效进行分析,研究了在梁柱的受火形式和失效柱位置两种因素影响下钢框架结构的初始破坏机理与倒塌机制。结果表明：钢框架结构的连续倒塌始于受火柱的屈曲失效,与之相连的梁由于失去竖向支撑挠度增大并产生拉力,使内力重分布柱产生侧移,进而在火灾的持续作用下结构位移不断发展,破坏向周围扩散,最终导致结构发生连续性倒塌;当底层失效柱为角柱和边柱时,结构发生倾覆式连续性倒塌;当底层失效柱主要分布在结构对称轴上时,结构发生下沉式连续性倒塌,该类型倒塌发生较为突然。     

锈蚀钢筋混凝土框架节点高温后抗震性能试验研究

为研究钢筋锈蚀对高温后钢筋混凝土框架节点承载力及抗震性能的影响,设计了4个钢筋混凝土框架梁-柱节点,通过快速氯离子试验使节点钢筋发生不同程度的锈蚀。对4个节点先后进行1h的火灾试验及低周反复荷载试验,获得节点各截面的温度场分布规律,研究了钢筋锈蚀率对火灾后节点承载能力、刚度、延性、耗能能力等的影响。试验结果表明：随着锈蚀率的增加,节点的承载能力、刚度、耗能能力显著降低;节点的延性整体呈下降趋势,但轻微锈蚀损伤使高温后节点延性略微增加;与未锈蚀节点相比,锈蚀钢筋混凝土节点的屈服荷载降幅为37.93%,极限荷载降幅为28.11%,核心区受剪承载力降幅为35.92%。考虑初始损伤及高温作用对混凝土材料性能的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。     

基于纤维梁模型的火灾下多层混凝土框架非线性分析

为分析和模拟多层混凝土框架结构在火灾下的反应规律及其破坏过程,基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元,建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型。模型将构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及材料非线性和几何非线性问题。对单层单跨混凝土框架进行火灾反应分析,并与试验结果进行比较,验证了此数值模型的准确性。通过对多层框架进行火灾反应模拟,比较不同火灾场景的模拟结果,分析其反应规律以及破坏过程。结果表明,纤维梁单元模型可以较好地模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同,一定条件下蔓延的火灾比不蔓延的火灾对多层混凝土框架结构的破坏性更大。分析结果可以为实际结构的防火设计提供参考。     

空间网架结构抗火性能模拟分析

基于试验的结构抗火研究仅适用于中小型构件,对于大型空间结构采用试验的方法是不现实的。大型空间结构的热-力耦合分析是一种有效的性能化抗火分析方法。以某实际工程网架结构为依托,通过利用FDS火灾模拟计算软件分析网架空间位置的温度-时间曲线,考虑防火涂料对钢材实际受热温度的影响。并采用ABAQUS有限元软件,分析在热-力耦合作用下网架结构的力学性能。通过对网架结构在常温和高温时内力和位移参数的对比分析研究,并结合高温下整体结构承载能力的评估方法,对过火结构的损伤做出判定,计算结果与过火结构现场检验吻合较好。     

火灾下梁柱连接节点力学性能研究

节点是结构受力的关键部位,深入了解和研究其在火灾下的力学性能至关重要.采用有限元软件ABAQUS建立火灾作用下节点的温度分布和受力性能的分析模型,理论计算结果得到试验结果的初步验证.利用理论模型,初步分析了火灾作用下梁柱节点温度场及其力学性能的变化规律.     

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。     

Thermal behaviour of a steel door frame subjected to the standard fire of ISO 834: Measurements,numerical simulation and parameter study

An adjustable steel frame of a steel door, built in a massive brick wall, was subjected to fire according to the international standard ISO 834. Additional thermocouples, with respect to the ones required by the standard, were positioned at different sites of the steel frame cross-section to validate the numerical analysis carried out to study its thermal insulation performance. The leaf/frame interaction was monitored during the fire test to verify the integrity criterion, but was neglected in the calculations by assuming adiabatic conditions at the door clearance. Based on these findings, a parametric study was conducted to investigate the influence of boundary conditions, empty or filled frame cavities, and adjustable versus wrap-around frame on the temperature distribution of the steel frame. Combining the results of fire test and numerical simulation, the possibility to mutually assert the thermal performance, i.e. the insulation criterion for the cases of opening into and opening away from furnace, is discussed.