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。     

圆形钢管混凝土柱中钢-混凝土界面接触热阻的理论分析

目前现有不多的计算受火条件下钢-混凝土组合结构温度场方法中,一个主要的不足是忽略了钢与混凝土界面处接触热阻的影响,这将对钢-混凝土组合结构温度场的精确分析、高温下结构(构件)的力学性能以及结构(构件)耐火极限的精确分析产生一定程度的影响。采用综合考虑钢材和混凝土热物理参数的方法进行分析推导,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数学表达式。研究为进一步精确分析高温下钢管混凝土柱的力学性能及耐火极限提供了一种新的方法。     

火灾下钢管混凝土柱受热分析模型

建立火灾下钢管混凝土柱的受热分析模型以便于在抗火分析和防火设计中应用。首先基于传热学的基本理论确定了火灾下钢管混凝土柱与火场的热交换过程,然后根据能量守恒原理和热力学理论确定了钢管混凝土柱截面内的导热过程,推导了有限差分形式的截面温度场计算的基本方程,最后编制了数值计算程序来模拟钢管混凝土柱截面内的温度场。分析模型中重点考虑了水分和接触热阻对截面温度场的影响。数值程序的计算结果与试验结果符合得较好。     

考虑接触热阻的组合楼板温度场分析

采用有限元法,考虑接触热阻,对组合楼板温度场进行模拟,得到的结果与试验数据进行了比较;分析了热阻大小对温度场的影响。结果表明:由于接触热阻的阻力作用,在热源附近,热阻越大,热量传递越困难,构件在该处的温度升高越快;在其他地方,热阻越大,传递过来的热量越少,温度升高越慢;热阻使接触界面两侧产生温差,造成温度分布不连续;热阻越大,界面两侧温差越大,对结构抗火越有利。     

考虑接触热阻的组合楼板温度场分析

采用有限元法,考虑接触热阻,对组合楼板温度场进行模拟,得到的结果与试验数据进行了比较;分析了热阻大小对温度场的影响.结果表明:由于接触热阻的阻力作用,在热源附近,热阻越大,热量传递越困难,构件在该处的温度升高越快;在其他地方,热阻越大,传递过来的热量越少,温度升高越慢;热阻使接触界面两侧产生温差,造成温度分布不连续;热阻越大,界面两侧温差越大,对结构抗火越有利.     

混凝土无机界面粘结剂的试验研究

介绍一种混凝土界面粘结剂，在标准养护条件下粘结剂28d抗压强度50～60MPa，抗折强度9～12MPa，抗拉强度4．5～5．5MPa；旧砂浆面涂界面粘结剂后的新、旧砂浆28d粘结抗拉强度、粘接抗折强度分别为3．5～5．0、6～8MPa，旧混凝土面人工凿毛后涂界面粘结剂新、旧混凝土粘结抗折、粘结抗拉结合强度系数在0.9以上，新、旧混凝土粘结拉拔试验断裂面位于旧混凝土上。     

恒高温下钢管混凝土界面黏结性能试验研究

钢管混凝土的界面黏结性能是钢管和混凝土之间共同受力与协调变形的基础。为探讨高温下钢管混凝土界面黏结破坏特点和平均黏结强度的主要影响因素,文中以恒温温度、长径比和径厚比等为主要研究参数,进行钢管混凝土试件恒高温下的推出滑移试验,得到钢管混凝土界面的温度-时间和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明,在20℃～900℃研究范围内,恒温温度对圆钢管混凝土平均黏结强度有显著的影响,平均黏结强度随恒温温度的升高先减小后增加再减小,降低幅度最高达到90%;平均黏结强度随钢管长径比的增大而减小,降低幅度最高达50%;钢管径厚比对平均黏结强度影响很小,降低幅度在10%以内。     

钢纤维混凝土界面力学性能的试验研究

针对混凝土中的薄弱环节一骨料与砂浆界面的力学性能进行了一系列试验研究,探讨了不同垂直荷载作用下界面的抗侧移刚度以及不同钢纤维掺量对混凝土界面力学性能的影响．     

新老混凝土界面粘结试验研究

通过斜剪试验方法,对比了新老混凝土采用四种不同界面剂的粘结效果,提出了性能较优的新老混凝土界面处理材料,为实际工程中的应用提供参考。     

钢管混凝土柱组合界面的粘结强度（下）

钢管混凝土柱组合界面的粘结强度（下）薛立红，蔡绍怀（中国建筑科学研究院建筑结构研究所）５钢管混凝土界面粘结机理的探讨５．１钢管混凝土界面粘结力的构成及分布与钢筋和混凝土之间的粘结力构成一样，钢管与核心混凝土之间的粘结力也由三部分构成。（１）混凝土中的...     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

超高强混凝土型钢组合柱抗火性能试验研究

为研究型钢保护层厚度、柱截面尺寸、荷载比、长细比和箍筋间距对超高强混凝土型钢组合柱高温承载力的影响,开展了14根纤维增强120 MPa混凝土型钢组合柱在ISO 834标准升温曲线下的承载力试验.组合柱高温破坏现象和竖向位移历程表明:体积掺量0.15％的聚丙烯纤维能够有效防止超高强混凝土的高温爆裂;随着长细比的增加,组合...     

单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱耐火极限

为研究单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火灾作用下单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱有限元模型,相关试验验证之后、分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析取代率、混凝土强度、荷载比、含钢率、荷载偏心率、荷载角、配筋率、截面尺寸和钢材强度等参数对构件耐火极限的影响规律。结果表明：荷载偏心率和荷载角对构件耐火极限影响较为复杂,当荷载角为180°时,荷载偏心率由0.2增加到0.4,构件耐火极限增加11.2%;当荷载偏心率为0.8时,荷载角由0°增到90°,构件耐火极限降低32.2%;荷载比和截面尺寸对构件耐火极限影响明显,当含钢率为5.33%时,荷载比由0.4增到0.5,其耐火极限降低37.1％;当钢材强度为Q345时,截面尺寸由200mm增到300mm时,构件耐火极限增加66.73%。基于上述规律并结合计算结果给出了单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限简化计算式,可为该类柱抗火设计提供参考。     

高温后钢纤维混凝土热学性能试验研究

为预测火灾条件下SFRC 构件内部温度场,对高温后SFRC 的表观密度、孔隙率、导热系数、导温系数和比热容等进行了试验研究,并对导热系数下降机理进行混凝土细观尺度的数值模拟分析。研究表明,SFRC 的表观密度、导热系数和比热容总体上均随受热温度的上升而下降;孔隙率随受热温度的升高而上升,其中约有1%~3%的孔隙率是由SFRC 内热开裂造成;细观尺度有限元模拟显示高温热开裂形成的裂缝热阻是引起导热系数下降的主要原因之一;砂浆与素混凝土导温系数随温度升高而降低,但SFRC 导温系数在300 ℃时出现拐点,呈上升趋势;相同受热温度下,随着钢纤维含量的增加,导热系数和导温系数均呈上升趋势。     

型钢混凝土框架结构耐火性能有限元分析

为了研究型钢混凝土框架整体结构的耐火性能,为其抗火设计提供参考,采用受火楼层建立精细化有限元计算模型、非受火楼层建立梁单元计算模型的方法,建立了型钢混凝土框架整体结构的耐火性能计算模型。考虑火灾位置、荷载分布形式、柱轴压比等参数的影响,对火灾下型钢混凝土框架整体结构的变形规律、承载机制、破坏形态以及耐火极限进行参数分析。分析结果表明：火灾下框架结构出现了整体破坏和局部破坏两种典型的破坏形态,受火构件受到的约束作用对其耐火性能有较大的影响;在局部破坏形态中,由于受热膨胀,火灾下框架梁首先出现了较大的轴压力,受火框架梁处于压弯受力状态;之后,框架梁出现了悬链线效应,轴力对框架梁的受力状态有较大影响;在整体破坏形态中,根据轴压比及荷载分布形式的不同,框架出现了中柱破坏和边柱破坏两种典型破坏形态,同时,随楼层受火位置的升高,柱的轴压比减小,框架结构的耐火极限增加。     

钢筋混凝土柱托换梁的试验研究

通过对钢筋混凝土柱托换梁节点进行承载能力试验研究,探讨了在柱表面光滑和凿毛两种界面情况下的受力特点、破坏机理,提出钢筋混凝土柱托换设计中的主要控制参数,为实际工程节点设计提供了指导。     

钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性能试验研究

对圆柱台体试件的钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性进行了系统的试验研究,分析了界面粗糙度、界面剂和钢纤维含量对黏结面渗透性的影响.在相同的条件下,通过试验对比分析,得到了钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性与普通新老混凝土黏结面、钢纤维混凝土本体的渗透性规律的差异性和相似性.研究表明:界面剂的使用、适量提高钢纤维含量可以作为改善钢纤维混凝土与既有混凝土黏结面渗透性的有效措施,界面粗糙度对于黏结面渗透性影响不大.在试验的基础上通过回归分析得到了一个精度较高的黏结面平均渗透系数计算公式.     

浅析混凝土耐火性与建筑结构耐火性

建筑结构耐火设计是消防工程和建筑抗灾设计的重要研究领域,结构材料耐火性的研究是建筑结构耐火研究领域的主要方向之一,作为主要结构材料的混凝土的耐火性一直备受重视.混凝土耐火性一旦得到提升,相应的建筑结构的耐火性也会有较大程度的增强.在这一领域,混凝土架构模型理论是研究混凝土耐火性的最新科学指导理论.     

单室火灾数值模拟及混凝土梁热分析

基于简化的固体可燃物燃烧模型,利用Fluent软件,将建筑内部支撑结构梁作为实体构件,与烟气发展过程进行耦合计算,模拟单室房间失火情况下的烟气发展情况及梁的温度场分布和历程。模拟结果显示,火场中通风处温度场明显提高,压差作用下烟气向门外形成高温射流,并与卷吸回流的环境空气形成漩涡,进一步加快燃烧过程。横梁能够部分阻隔烟气的蔓延,同时使梁体两侧呈现非对称受火,导致热量从外侧逐步向梁内部的累积呈现非线性。火灾中混凝土的热惰性为横梁提供了热缓冲。该温度分布梯度在梁墙结合处及跨中处最大,容易发生热应力集中从而引发梁破坏导致建筑坍塌。