拉索环氧涂层钢丝的防护性能试验研究

随着桥梁建设对拉索结构耐久性要求的不断提高，加强钢丝拉索防护性能、强度特性等使用性能的研究显得越来越重要。以环氧涂层钢丝与镀锌钢丝的性能对比进行研究，阐述环氧涂层钢丝优越的防护性能。为钢丝拉索的内层防护提供一种新的技术。     

斜拉桥平行钢丝索锈蚀断裂模拟

为模拟拉索各钢丝间的摩擦接触,放弃会带来极大计算量和高度非线性问题的常规接触单元而采用理想弹塑性弹簧单元,并推导了弹簧屈服力的计算公式。建立127丝平行钢丝束有限元模型,拉索钢丝间的摩擦接触采用理想弹塑性弹簧单元模拟,采用单元生死功能模拟钢丝断裂。计算分析结果表明:当拉索出现锈蚀断丝后,断裂钢丝并不会完全退出工作,经过一段发展长度后能恢复到正常应力水平。钢丝断裂后,各钢丝间会出现应力重分布,断裂截面断裂位置周围的钢丝应力增大,远离断丝侧钢丝应力减小,拉索合力作用点偏移拉索截面中心,故荷载恢复完成后拉索截面各钢丝平均应力并不均匀,恢复后拉索截面应力分布规律与断丝截面相反。随着断丝百分比的增加,断裂钢丝荷载恢复长度逐渐增大,相应的索力损失率增大。     

拉索线膨胀系数试验研究

推导了拉索线膨胀系数的测定公式;根据试验原理,研制了水域索线膨胀系数测定仪,验证了该仪器的精确性,并对钢丝绳、钢绞线、半平行钢丝束和钢拉杆4种索材进行了线膨胀系数测定;根据试验得到的拉索线膨胀系数,对预应力钢结构进行了温度作用下的力学性能分析.结果表明:拉索为钢丝绳和半平行钢丝束时结构力学性能受温度的影响较大,而拉索为钢铰线和钢拉杆时则受温度的影响较小,结构设计时需考虑索材选取不同所造成的温度预应力损失影响.     

高温下及高温后1770级ф~P5低松弛预应力钢丝力学性能试验研究

鉴于预应力钢丝高温下及高温后的力学性能是开展预应力结构抗火设计及进行火灾后预应力结构损伤评估与修复的重要依据,对16个1770级P5低松弛预应力钢丝试件进行了高温下拉伸试验,14个钢丝试件进行了高温后拉伸试验。试验表明,随着温度升高,高温下钢丝应力-应变关系曲线形状趋于平缓,钢丝的强度、弹性模量等力学指标不断退化;对于高温后钢丝,温度历程低于300℃时,钢丝力学性能变化不明显;高于300℃时,随温度历程的升高,钢丝应力-应变关系曲线逐渐软化,钢丝各项力学指标逐渐退化。应用粘弹性力学理论,得到了去除加载速率影响的高温下钢丝应力-应变关系曲线,得到了钢丝各项力学指标在高温下及高温后的退化规律,建立了高温下及高温后的钢丝应力-应变曲线方程。为开展预应力结构抗火性能分析及火灾后损伤评估提供了基础性素材。     

基于电化学腐蚀试验的拉索钢丝腐蚀情况研究

拉索作为桥梁工程常见的材料,其在工程中的作用是显而易见的,所以对其内部钢丝腐蚀的研究十分重要。目前国内外对于钢筋腐蚀的研究也十分广泛,大多采用了实验或有限元分析的方法进行研究,而联系实际环境状态结合法拉第定律进行拉索钢丝腐蚀的研究还较少。而本文在总结国内外钢丝腐蚀研究现状的基础上,以拉索钢丝为材料,通过电化学腐蚀试验与法拉第定律相结合的方法对单根拉索钢丝进行了研究,并对试验下钢丝腐蚀情况进行了观察总结,对腐蚀物状态进行了分析,对法拉第定律计算腐蚀质量与电化学试验下腐蚀质量之间进行对比分析,对不同氯离子浓度下拉索钢丝腐蚀量进行了总结与分析,得知腐蚀量随着氯离子浓度大体呈线性增长,但腐蚀效果不太明显。本文采取理论与试验相结合的方法进行研究,为钢丝腐蚀研究提供了经验。     

火灾后桥梁拉索性能评估方法研究

以桥梁火灾后拉索受损实例为研究主体,通过对桥梁拉索受损状况现场检测、失火模拟试验及理论计算分析,完成对受损拉索性能的检测评估分析,研究一套系统的桥梁安全性评估方法。     

大跨度斜拉桥拉索安全性分析方法研究

斜拉桥的斜拉索在运营期间的安全是斜拉桥结构安全的最重要条件之一,对斜拉索安全性的分析显得至关重要。考虑构成平行钢丝束斜拉索的高强钢丝本构行为的不均匀性和钢丝之间的相互影响,将Matteo的钢丝延脆性模型和MonteCarlo仿真方法相结合,建立斜拉索的强度模型,并从可靠度观点出发分析了斜拉索在桥梁运营条件下安全系数的变异和演化特性,并提出断丝率随服务期演化的线性经验公式来描述拉索的退化问题。在此基础上提出了大跨度斜拉桥拉索安全性分析的工程方法,并以招宝山大桥最长索为例,详细阐述了分析过程,该方法为斜拉桥拉索的安全评估与剩余寿命估算提供了依据。     

平行钢丝拉索和平行钢绞线拉索的比较分析

从斜拉索的加工制作、运输、安装、结构特性、受力性能、防护性能、维护更换等方面对平行钢丝拉索和平行钢绞线拉索的优缺点进行了比较分析，为拉索的选取提供了参考。     

考虑断丝影响的桥梁拉索力学特性研究

拉索安全性关系索支承桥梁的安全运行与服役寿命,由于拉索老化、腐蚀、断丝等原因,拉索断丝成为拉索损伤的主要形式之一。在半平行钢丝拉索非对称断丝损伤模型的基础上,通过数值计算重点讨论了非对称断丝条件下断丝位置、螺旋角、钢丝间摩擦系数等参数对拉索内钢丝拉力分布及轴向刚度的影响。结果表明,非对称断丝引起的截面内钢丝拉力不均匀分布明显,螺旋角和钢丝间摩擦系数对拉索轴向刚度影响较大,应用并联模型设计计算时,误差较大,计算结果偏于不安全。     

轴向力作用下Galfan拉索截面径向位移分析

以Galfan拉索为研究对象,采用ABAQUS软件对6种规格钢绞线拉索在轴向力作用下的索截面径向位移进行了数值模拟分析。分析结果表明,各规格Galfan拉索轴力在(5%～70%)的最小破断力F_u范围内时,拉索轴力与外层钢丝径向位移有着明显的线性关系,并通过数值模拟分析结果,拟合得到线弹性阶段内各规格Galfan拉索最外层钢丝径向位移的计算公式,可为拉索结构的索夹优化设计提供依据。     

基于高温下拉索力学性能的大跨度张弦梁结构抗火性能数值分析

基于高温下预应力拉索力学性能试验结果的分析,回归出可用于理论分析和数值计算的预应力拉索高温力学性能模型;基于实用大空间火灾空气升温模型和钢结构材料升温的真实时间历程,采用考虑时间积分效应的非线性有限元数值分析法,建立用于张弦梁结构抗火分析的数值模型。通过对大跨度张弦梁结构的抗火实例分析,研究结构的温度场分布、位移和应力特征。分析结果表明:在火灾作用下,张弦梁结构具有较好的空间协同工作性能;结构的抗火薄弱区域位于边榀附近,结构的变形呈现不对称特征;火灾下引起张弦梁结构产生较大变形的主要原因是钢材升温膨胀以及结构刚度和强度的降低;在文内设定的大空间火灾荷载作用下,该张弦梁结构是安全的。     

Study on nominal values of mechanical properties of high strength steel at elevated temperature and after fire exposure

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式，但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究，但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响，导致试验结果离散性较大，不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同，均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析，得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值，拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式，并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下，高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃；高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢；高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的，而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。     

高强钢高温下和高温后力学性能指标的标准值研究

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式,但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究,但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响,导致试验结果离散性较大,不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同,均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析,得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值,拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式,并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下,高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃;高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢;高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的,而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。     

中空夹层方钢管再生混凝土柱火灾后剩余承载力

为研究中空夹层方钢管再生混凝土柱火灾后剩余力学性能,运用有限元分析软件ABAQUS建立了ISO 834标准火灾作用后中空夹层方钢管再生混凝土柱的有限元模型,分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析了混凝土强度、钢材强度、计算长度、受火时间、空心率、混凝土取代率、偏心率等参数对构件火灾后剩余力学性能的影响;结合大量计算结果给出了中空夹层方钢管再生混凝土柱火灾后剩余承载力简化计算公式。结果表明:构件的火灾后剩余承载力随钢材强度和混凝土强度的增加而增加;构件火灾后剩余承载力随计算长度和受火时间的增加,总体呈降低趋势,当受火时间超过60 min时,构件火灾后剩余承载力急剧降低;空心率和混凝土取代率对构件火灾后剩余承载力影响较小,构件火灾后剩余承载力随空心率的增加而降低,随混凝土取代率的增加先增加后降低;构件火灾后剩余承载力随偏心率的增加而降低;所提公式计算精度良好,可为中空夹层方钢管再生混凝土柱抗火设计提供参考。     

火灾下大跨度弦支穹顶结构的性能分析

基于实用大空间火灾空气升温经验公式及预应力钢结构材料高温力学模型,采用考虑时间积分效应的非线性有限元数值分析法,建立了用于大跨度弦支穹顶结构抗火性能分析的数值模型。通过对大跨度弦支穹顶结构的抗火分析,研究结构的温度场分布、位移和应力特征以及支座约束条件对结构抗火的影响。分析结果表明:在火灾作用下,大跨度弦支穹顶结构具有较好的抗火性能,结构的抗火薄弱区域位于上层网壳的中心区域;火灾下引起弦支穹顶结构产生较大变形的主要原因是环向约束作用、材料升温膨胀以及结构刚度的降低。     

Experimental investigation of post-fire mechanical properties of cold-formed steels

Cold-formed steel members are widely used in residential, industrial and commercial buildings as primary load-bearing elements. During fire events, they will be exposed to elevated temperatures. If the general appearance of the structure is satisfactory after a fire event then the question that has to be answered is how the load bearing capacity of cold-formed steel members in these buildings has been affected. Hence after such fire events there is a need to evaluate the residual strength of these members. However, the post-fire behaviour of cold-formed steel members has not been investigated in the past. This means conservative decisions are likely to be made in relation to fire exposed cold-formed steel buildings. Therefore an experimental study was undertaken to investigate the post-fire mechanical properties of cold-formed steels. Tensile coupons taken from cold-formed steel sheets of three different steel grades and thicknesses were exposed to different elevated temperatures up to 800 °C, and were then allowed to cool down to ambient temperature before they were tested to failure. Tensile coupon tests were conducted to obtain their post-fire stress–strain curves and associated mechanical properties (yield stress, Young׳s modulus, ultimate strength and ductility). It was found that the post-fire mechanical properties of cold-formed steels are reduced below the original ambient temperature mechanical properties if they had been exposed to temperatures exceeding 300 °C. Hence a new set of equations is proposed to predict the post-fire mechanical properties of cold-formed steels. Such post-fire mechanical property assessments allow structural and fire engineers to make an accurate prediction of the safety of fire exposed cold-formed steel buildings. This paper presents the details of this experimental study and the results of post-fire mechanical properties of cold-formed steels. It also includes the results of a post-fire evaluation of cold-formed steel walls.     

Experimental Study on Residual Mechanical Properties of Bolt-Sphere Joints After a Fire

Through tensile testing of 15 steel bolt-sphere joints and 15 aluminum alloy bolt-sphere joints, influencing rules of material type, high temperature and cooling mode on tensile properties of post-fire bolt-sphere joints were studied, and then failure modes of the joints were determined. According to experimental data, the calculation formula of residual tension capacity of post-fire bolt-sphere joints was presented. Experimental data indicated that (1) decreased extension on the mechanical properties of aluminum alloy bolt-sphere joints after high temperature in the fire was significantly higher than that of the steel bolt-sphere joints; (2) when fire temperature was lower than 800 °C, the tension capacity of steel bolt-sphere joints could be restored by more than 90% after cooling; (3) when fire temperature was lower than 500 °C, the tension capacity of aluminum alloy bolt-sphere joints could be restored by more than 50% after cooling; (4) bolt-sphere joints could still satisfy the requirement of “strong node and weak member” after a fire; and (5) material type and fire temperature were the main factors that influenced post-fire mechanical properties of bolt-sphere joints.     

超高强钢S960的火灾后性能

目前,高强钢和超高强钢都被用于一些标志性建筑的结构部件中并能充分利用其强度。然而,现有的文献中关于高强钢和超高强钢,特别是超高强钢的结构性能和材料性能的研究有限。超高强钢的潜在优势和较低的研究水平使其需要更多的关注和研究。建筑中使用超高强钢所做的钢构件有时会不可避免地遇到火灾危险,而火灾后是否能对其再度利用则需要进行可靠的评估。为了研究超高强钢S960火灾后的材料性能,进行一项试验评估S960所构成部件的结构的火灾后性能。对从1000℃冷却下来的S960样本进行拉伸试验,获得火灾后的弹性系数、屈服强度、极限强度和应力-应变曲线,并发现火灾后结构钢的性能很大程度上取决于钢的等级。提出一些独特的预测方程来评估火灾后S960钢的力学性能。     

液氮及排烟共同作用扑灭电缆火灾有效性研究

城市地下综合管廊电缆火灾危险性极大。运用FDS软件模拟液氮和机械排烟共同作用、仅有机械排烟以及无液氮和机械排烟3 种工况下,综合管廊内部电缆火灾蔓延情况。分析火灾发生后综合管廊内部烟气蔓延及温度分布,发现液氮和机械排烟的共同作用能迅速扑灭火灾从而减小由于发生火灾造成严重后果的危险程度。分析不同的注氮速度和机械排烟速度对扑灭综合 管廊电缆火灾的影响,发现适当增加注氮速度和排烟速度有利于扑灭电缆火灾。     

A practical approach for fire resistance design of extended end-plate joints

Although beam-to-column joints are known to have a very significant effect on the behaviour of steel frames in the event of fire, no specific approach for evaluating the behaviour of extended end-plate joints in fire has been proposed. In this paper, on the basis of the current Chinese Code for Design of Steel Structures [Chinese code for design of steel structures. 2002] and Technical Code on Fire Safety of Steel Building Structures [Chinese Technical code on fire safety of steel building structure. CECS, 2006], analysis is presented on the load-bearing capacity of extended end-plate joints in fire, by taking the mechanical properties of steel at elevated temperature into account. A practical approach for fire-resistance calculation and assessment of the joints is proposed, based on the load-bearing capacity of the components of joints at elevated temperatures including the bolt, extended end-plate, column flange and panel zone. Employing the practical approach, the critical temperatures of two extended end-plate joints are predicted. By comparison with the results measured from the tests, the effectiveness of this practical approach is verified.