钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法（Ⅱ）

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型，利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场，计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析，理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上，分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后，提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第二部分。     

钢筋混凝土剪力墙耐火性能及抗火设计

钢筋混凝土剪力墙是高层建筑结构中的重要构件,深入研究其耐火性能并进行合理科学的抗火设计至关重要。为此,简要回顾了钢筋混凝土剪力墙火灾下力学性能的研究现状,介绍了Eurocode 2、BS 8110-2、ACI 216R-89、AS 3600-2001、NS 3473E-1992、NZS 3101、GB 50045—95和GB 50016—2006规范的有关设计要求,探讨了钢筋混凝土剪力墙耐火性能及抗火设计的若干问题。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(II)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第二部分。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(Ⅰ)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第一部分。     

三面受火型钢混凝土柱耐火性能有限元分析

在实际火灾中,结构中的柱有可能处于三面受火状态,由于受火边界的差异,其耐火性能与四面受火的情况有所不同。在试验研究的基础上,为进一步深入认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,采用ABAQUS有限元软件建立了三面受火SRC柱的非线性有限元模型,对三面受火SRC柱的破坏过程及机理进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合较好。利用该模型对影响三面受火SRC柱耐火极限的主要参数荷载比及偏心率进行了分析。结果表明,对于偏心受压三面受火型钢混凝土柱,偏心率小于0.2,耐火极限随着偏心率的增加而减小;偏心率大于0.2,耐火极限随着偏心率的增加而逐渐增大。荷载比小时偏心率对耐火极限的影响更大一些,总体上偏心率的影响不是太显著。荷载比对偏心受压三面受火型钢混凝土柱有显著影响。     

典型受火方式下型钢混凝土异形柱耐火极限研究

应用有限元软件ABAQUS建立型钢混凝土柱数值模型,研究4种典型受火方式下SRC异形柱的耐火性能,探讨各因素对SRC异形柱耐火极限的影响。结果表明:矩形柱耐火性能优于异形柱;对于任意截面的SRC柱,耐火极限均随荷载比的增大而减小,且矩形和L形SRC柱在高荷载比时下降更多;荷载比较小时L形柱的耐火性能优于T形柱,荷载比较大时T形柱的耐火性能优于L形柱;实腹式配钢SRC柱的耐火性能优于空腹式。研究结果可为SRC异形柱的抗火设计提供依据和参考。     

型钢混凝土柱的耐火设计方法

型钢混凝土(SRC)柱已经较多地应用于我国的高层和超高层建筑中,但我国防火规范尚未有SRC柱的耐火设计规定。在分析SRC柱在火灾下的温度场分布和耐火性能的基础上,给出了SRC柱的耐火极限表,并建议了相关防火保护措施,可为相关规范的修订提供参考。     

矩形钢管混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法

进行了8个轴心受压或偏心受压矩形钢管混凝土柱,按ISO—834和GB/T9978—1999规定的标准升温曲线升温作用下耐火极限的实验研究。实验结果表明,截面尺寸和防火保护层厚度对构件耐火极限的影响较大,而荷载偏心率的影响则相对较小。分析结果还表明,国家规范GB50045—95中钢结构柱防火保护层厚度的确定方法不适合于矩形钢管混凝土柱。在大规模参数分析结果的基础上,提出了矩形钢管混凝土柱耐火极限及防火保护层厚度的简化计算公式,公式的计算结果与数值计算结果和实验结果均吻合较好,且总体上偏于安全。本文的研究成果可为有关矩形钢管混凝土工程进行抗火设计时提供参考。     

不同受火方式下混凝土柱耐火性能的试验研究

通过5根高强混凝土柱和2根普通混凝土柱的足尺明火试验,考察了不同受火方式对混凝土柱破坏形态、轴向变形和耐火极限的影响。结果表明:(1)非四面受火柱的耐火极限较四面受火柱有很大提高,同时三面受火柱的耐火极限小于两面受火柱;(2)相同受火方式和相同轴压比下高强混凝土柱的耐火极限远低于普通混凝土柱;(3)相同受火方式下大轴压比普通混凝土柱的耐火极限可能小于中等轴压比的高强混凝土柱。在实际结构的抗火设计中,合理考虑受火方式、混凝土强度等级和轴压比的影响是十分必要的。     

三面受火高强混凝土柱耐火极限研究

编制了三面受火高强混凝土柱高温全过程分析程序,程序的有效性得到试验数据的验证.利用该计算程序,分析了截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率等参数对ISO 834标准升温过程作用下三面受火高强混凝土柱耐火极限的影响规律.针对三面受火高强混凝土柱的不同截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率共4800种工况进行了高温反应分析.在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法.结果表明:严格控制轴压比和偏心率是提高三面受火高强混凝土柱耐火极限的有效措施.     

Fire safety design method of circular steel tube confined reinforced concrete columns

对于钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究,目前尚无抗火设计方法可供参考。实际工程中大多借鉴钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火设计方法,但由于钢管约束钢筋混凝土柱的受力机理与二者不同,其耐火极限存在明显差异。为此,提出了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限计算方法,分析了荷载比、长细比等因素对耐火极限的影响,并与钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行了对比。研究表明：荷载比对圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越低;长细比、截面尺寸等因素对荷载比较小的构件影响显著。圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限为相同条件下钢筋混凝土柱的14.4%~66.0%,荷载比越大,两种构件的差异越大,按照钢筋混凝土柱的防火设计方法对圆钢管约束钢筋混凝土柱进行防火设计,结果偏于不安全;与钢管混凝土柱相比,钢管约束钢筋混凝土柱具有更高的耐火极限,是钢管混凝土柱的1.0~3.0倍。     

火灾后钢骨超高强混凝土柱抗震性能的研究

从高温后钢材及混凝土力学性能、高强混凝土材料力学性能、火灾后的钢骨混凝土柱力学性能3个方面进行了论述,介绍了目前国内外钢骨超高强混凝土结构抗火研究的主要进展及成果。     

考虑受火全过程的高温作用后型钢混凝土柱力学性能研究及有限元分析

进行了高温作用后型钢混凝土柱力学性能试验,在试验的基础上建立了高温作用后型钢混凝土柱力学性能的数值模拟方法。通过在ABAQUS平台上开发子程序建立了升降温作用下型钢混凝土柱温度场的计算模型,通过选择合适的材料本构关系以及在ABAQUS平台上开发自定义场变量子程序,在考虑升温、降温以及高温作用后不同阶段材料本构关系的基础上,提出了高温作用后型钢混凝土柱力学性能分析的计算模型,实现了高温作用后型钢混凝土柱力学性能的计算模拟。计算结果与试验结果的对比表明,二者吻合较好,提出的方法合理可行。     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱的抗震性能

通过2根未受火钢筋混凝土柱、2根受火后未加固钢筋混凝土柱和10根外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱的拟静力试验,考察了轴压比、剪跨比、钢管厚度及加固方式等参数对外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱抗震性能的影响情况,建议了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱受剪承载力的计算公式。结果表明：薄壁钢管加固可显著提高受火后混凝土柱的受剪承载力、极限变形和累计滞回耗能,且加固后试件的割线刚度与未受火试件相比相差较小。受火后剪跨比为1.78和3.0的混凝土柱加固后的承载力分别比相应的未加固柱的承载力提高了41.8%~47.0%和38.5%~74.4%。轴压比对加固后试件的受剪承载力、刚度、耗能能力和延性影响较大,对极限变形影响较小。薄壁钢管厚度对加固后试件的耗能能力影响较大,对受剪承载力影响较小。薄壁钢管根部焊接角钢并用螺栓锚固的方式可提高加固效果。     

钢管混凝土、型钢混凝土、钢筋混凝土平面框架耐火性能对比分析

对常温下承载能力和刚度接近的钢管混凝土柱—钢梁平面框架、型钢混凝土平面框架、钢筋混凝土平面框架火灾下的破坏形态和耐火极限进行了对比分析。研究表明,三种框架的破坏形态存在明显差别,钢管混凝土框架出现了钢梁破坏,其他两种框架出现了受火柱破坏,型钢混凝土框架耐火性能最好。     

轴向约束型钢混凝土柱耐火性能试验研究

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能,以荷载比、偏心率和含钢率为参数,开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式,研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时,施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱,高温下柱首先缓慢膨胀,然后逐渐压缩破坏;由于轴向约束分担了柱的竖向荷载,压缩变形随时间变化较为缓和,轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱,高温下其膨胀变形大于轴心受压柱,且膨胀变形先增加再减小;轴向约束增加了柱的竖向荷载,缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时,偏心率越大,柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加,会在一定程度上延长柱的耐火极限。     

Fire performance of axially restrained steel reinforcedconcrete columns

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能，以荷载比、偏心率和含钢率为参数，开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式，研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时，施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱，高温下柱首先缓慢膨胀，然后逐渐压缩破坏；由于轴向约束分担了柱的竖向荷载，压缩变形随时间变化较为缓和，轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱，高温下其膨胀变形大于轴心受压柱，且膨胀变形先增加再减小；轴向约束增加了柱的竖向荷载，缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著，荷载比越大，耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时，偏心率越大，柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加，会在一定程度上延长柱的耐火极限。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明：未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60min和90min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%~7.8%,满足工程精度要求。     

钢骨混凝土异形截面柱抗震性能试验及分析

北京财富中心一期工程办公楼框筒结构的外框柱为钢骨混凝土柱,它采用了两种柱截面类型,一种为截面形如乒乓球拍的钢骨混凝土异形截面柱,一种为钢骨混凝土圆形截面柱。为了研究这种钢骨混凝土异形截面柱的抗震性能并与钢骨混凝土圆形截面柱作比较,从实际工程中选择了具有代表性的3根钢骨混凝土异形截面柱和1根钢骨混凝土圆形截面柱,进行了低周反复荷载下的模型试验,模型按1/4缩尺。重点探讨了各钢骨混凝土柱的承载力、刚度及其衰减过程、延性、滞回特性及破坏特征。用基于平截面假定的条带法建立了这种钢骨混凝土异形截面柱正截面承载力的计算方法,圆形截面则作为其分析的特例,计算分析了轴压比及含钢骨率对正截面承载力的影响,其正截面承载力计算结果与实测值符合较好。试验及分析表明,钢骨混凝土异形截面柱抗震性能良好,经合理设计可以满足抗震设计的要求。