Numerical Modelling and Benchmark Study of Fire Resistance of Stainless Steel Structural Elements

Fire Technology - The validation of numerical models, for the behaviour of structures in case of fire, is crucial for the development of precise and safe design rules for members at elevated...     

火灾下不锈钢梁—柱节点数值分析

评估了EC3中不锈钢梁-柱节点发生或不发生侧向扭转屈曲的设计准则的准确性和安全性。对焊接方式相同的H型钢梁-柱节点进行了大量数值参数研究,以此为基础进行评估。研究中考虑了残余应力、截面高厚比、弯矩图形状和不锈钢等级的影响。提出了火灾下不锈钢梁-柱节点的新设计方程,计算结果与数值分析结果进行对比,结果表明,新设计方程比EC3中设计方程更为安全。此外,对火灾时不锈钢梁在梁端弯矩与横向荷载共同作用下的侧向扭转屈曲进行了研究。     

火灾中采用逆向通道连接的钢梁-钢管混凝土柱结构约束组件的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,采用三维块单元,模拟火灾中钢梁-钢管混凝土柱及其节点约束组件的性能。利用近期英国曼彻斯特大学的采用逆向通道连接的3组耐火试验,对模型进行验证。结果表明:有限元模型能成功进行模拟。利用有限元模型,初步研究改变连接构件以加强结构耐火能力的可行性。对连接方式进行改进,以期使连接梁的链式反应能更好发展。提出外伸-内缩式混合端板连接形式,连接的拉伸部分采用外伸端板,以提高延性;受压部分采用内缩式端板,提高韧性。结果表明:不需任何费用,只要用混合端板连接替代外伸端板连接,就能提高连接梁的耐火能力。     

碳钢和不锈钢管状支撑构件循环试验和数值模型

为了研究由热轧碳钢、冷弯碳钢、冷弯不锈钢三种材料所构成的管状支撑构件的响应,在轴向循环荷载下,进行了16个方形、长方形空心截面构件的试验,对三种材料试件的荷载-位移滞回响应、抗压强度、侧向挠度、能量耗散、断裂寿命进行研究。此外,采用有限元模型验证试验结果,并基于应变破坏预测方法进行参数研究。研究表明:现有的预测抗压屈曲、屈曲后抗压强度的经验公式可同时用于碳钢和不锈钢试件。然而,构件延性和长细比之间的关系不能代表整体的长细比,亦不能用于冷弯不锈钢构件。对于每种材料,考虑整体和局部长细比,提出新的公式。对于不同的材料,整个加载周期的切线刚度不同,这是决定局部屈曲阻力、循环次数、支撑破坏的关键因素。     

薄壁不锈钢管卡压式连接在工程中的应用

不锈钢管材已被公认为是一种健康、环保的好材料.与传统的焊接方式相比,薄壁不锈钢管卡压式连接具有连接安全可靠、施工便利快捷、节省管材、免维护、免更新等特点.     

薄壁型钢-混凝土梁柱节点抗火性能数值分析

使用ANSYS分析软件建立了薄壁型钢-混凝土梁柱组合节点在ISO-834火灾升温曲线下的有限元理论分析模型,对薄壁型钢-混凝土梁柱节点弯矩-时间曲线和节点耐火时间进行参数化分析。研究结果表明,荷载水平的大小对组合节点的耐火极限具有很大影响;然而当荷载水平保持不变时,防火保护层厚度则是另一个对梁柱组合节点的耐火极限有显著影响的重要因素,而其它参数如材料特性、构件几何尺寸等对梁柱组合节点耐火极限影响很小。     

火灾中不锈钢柱和梁的屈曲

材料特性和它们对高温的反应构成结构防火设计的关键部分。当遇到高温时,与碳钢相比,不锈钢表现出更好的材料强度和刚度。尽管独立而言,强度和刚度都很重要,但是在高温作用下,它们之间的关系同样也会对结构构件的屈曲反应产生显著影响。检查了现有的试验结果,并且介绍了数值参数研究的结果,即利用ABAQUS对火灾中的不锈钢柱进行分析。由于对局部和整体初始几何缺陷的敏感,通过冷作和对柱端的局部保护可以提高焊脚强度。为探究局部横截面长细比、整体构件长细比和荷载变化的影响,还进行了参数研究。试验结果与现有设计规范欧洲规范3(part1.2),欧洲Inox/SCI设计手册中对结构不锈钢的规定及CTICM/CSM中提到的规定相对比。分析了在全部23个柱屈曲抗火试验中,6个短柱和6个梁的抗火试验结果。文中标出过度保守和互相矛盾的结果以及变形极值。通过修订,可以使得今后不锈钢梁和柱能在火灾中更有效的使用。改进后,柱的抗屈曲能力提高了6%,短柱的抵抗能力提高28%,平面内抵抗弯矩提高14%,高于现有欧洲规范的要求。     

不锈钢案例之卢森堡商会大楼的组合楼盖

卢森堡大公国商会新总部于2004年建成。它坐落于卢森堡Kirchberg高地,包括一栋修缮一新的5000m2既有建筑和20000m2办公区的新建筑群。新建筑用玻璃人行桥使4座不同的翼楼连接形成一个连续结构。它们的主框架结构为钢制,临街面为玻璃和钢制,地板用正弦波形不锈钢压型板设计成组合楼盖,内部安装盛有     

火灾下钢结构和组合结构的非线性模拟

近年来Sheffield大学开发了一种计算机程序Vulcan，用来对火灾下组合结构的性能进行三维模拟。本简要叙述了程序的理论基础。1995—1996年在Cardington进行了三个组合框架的抗火试验，各试验中相邻结构所提供的平面内约束程度不同，通过模拟这三个试验来显示受热区域内约束对结构性能的影响。为了阐明薄膜作用的影响及其和边界约束的关系，所有的试验都分别用几何线性以及非线性的板单元进行了分析。为此，首先对引起这种作用的钢筋的性能做了一系列参数研究。很明显，板内的薄膜作用对隔间最终的完整性很重要，并且在模拟火灾下这种类型的结构时应加以考虑。     

静剪切力作用下薄壁不锈钢板螺栓连接的有限元建模

最近的试验研究表明,日本现行钢结构设计标准(AIJ)不能准确预测薄壁(冷加工)SUS304不锈钢板的螺栓连接在静剪力作用下的极限状态,因此本文提出极限强度计算公式,说明不锈钢和薄壁钢板的机械特性。以现有试验数据作为参数研究的基础,采用ABAQUS程序对三维实体单元进行有限元分析,以探究薄壁不锈钢板中螺栓剪切连接的结构性能。采用材料非线性和几何非线性分析法以预测螺栓连接的荷载-位移曲线。试验中试件发生的卷曲等连接板端部的平面外变形在不考虑几何缺陷的有限元模型分析中同样可观察到;在对卷曲对极限强度的影响进行量化检验外,提出适合于预测螺栓连接破坏模式的破坏准则。此外,有限元分析结果与以前试验结果相比可知,破坏模式和有限元推荐步骤预测的极限强度与试验结果具有良好的相关性,数值方法可提供具有合理精度的评估。     

Advanced Modeling of Composite Slabs with Thin-Walled Steel Sheeting Submitted to Fire

The paper studies the behavior of composite slabs with corrugated steel sheeting at elevated temperatures. Two structural systems are considered: a simply supported composite slab and a continuous composite slab that consists of two equal spans. Both of them are designed according to the respective Eurocodes to have similar strengths at room temperature. In the sequel, sophisticated three-dimensional models of the slabs are developed. Coupled thermo-mechanical analysis is used, which takes into account the various nonlinearities that are present in the physical model (dependence of the thermal and mechanical properties of the material on temperature, nonlinear material behavior, cracking etc.). The results of the thermal analysis are compared with the temperature field that is proposed in Eurocode 4. For both the structural systems, the fire resistance, in time domain, that yields from the coupled analysis is compared with the fire resistance that results following the provisions of Eurocode 4. Another objective is to evaluate the effect of static indeterminacy on the fire resistance of composite slabs.     

How to Use Metallurgical Analysis for Fire Investigation: The Case of AISI 316 Stainless Steel

Fire Technology - In this work, fire simulations were carried out on AISI 316 austenitic stainless steel sheets (similar to EN X5CrNiMo17-12-2), usually employed for the production of flue pipes....     

不锈钢构件截面的残余应力分析

对碳钢结构截面的残余应力的大小及分布的研究已经比较成熟,但是对不锈钢截面的残余应力研究却还很少见。不锈钢与碳钢有着不同的材料应力-应变特性和热性能,它们都影响着残余应力的形成。这意味着已确定的碳钢残余应力模型可能并不适合不锈钢。随着不锈钢的应用日益增多,对其残余应力的研究显得尤为重要。     

不锈钢节点板连接件数值分析

尽管不锈钢和碳素钢的力学性能有本质区别,然而,现行规范规定不锈钢连接设计时仍基本遵循碳素钢的设计准则,仅在此基础上稍作修改。对于常见的角钢单肢与加固板连接的情况,EN1993-1-4以及SCI/欧盟不锈钢设计手册对不锈钢的设计规定,直接采用了EN1993-1-8对碳素钢净截面承载力的设计规定,且未作任何修改。对单肢与加固板采用单排螺栓连接的L型不锈钢的净截面承载力进行了研究。建立奥氏体不锈钢的数值模型,并利用现有的试验结果对其进行了验证。这些模型随后用于进行参数研究。最后,基于研究结果对L型不锈钢净截面承载力的设计方程进行了修正,并通过统计分析验证了该方程可靠性。     

火灾下钢筋混凝土构件的数值模拟

利用大型通用有限元程序ABAQUS对火灾下钢筋混凝土构件的热响应和力学响应进行了数值模拟。在热响应分析中,通过设定混凝土在100℃时的潜能,间接考虑了含水量的影响;在力学响应分析中,采用非线性显式分析,解决了隐式分析中混凝土开裂的数值收敛困难,并用质量缩放的方法提高计算效率。     

建筑钢结构适用性分析

基于结构可靠性原理 ,探讨钢结构构件的适用性设计规定。分析结果及提出的建议 ,可供正在修订的国家标准《建筑结构设计统一标准》(GBJ68)和《钢结构设计规范》(GBJ17)参考或作为进一步研究的基础     

建筑钢结构适用性分析

基于结构可靠性原理 ,探讨钢结构构件的适用性设计规定。分析结果及提出的建议 ,可供正在修订的国家标准《建筑结构设计统一标准》(GBJ68)和《钢结构设计规范》(GBJ17)参考或作为进一步研究的基础     

薄壁框架节点中的翘曲扭转传递:运动、建模及结构响应

在梁的有限元分析中,采用简化运动模型模拟翘曲扭转约束及其在框架节点中的传递。简要说明薄壁杆件的扭转性能,建立运动模型,模拟翘曲扭转在2个以上U型或I型杆件交汇的框架节点中的传递。为了说明本模型的应用及有效性,列出数值结果,并进行讨论。将梁元与壳元的有限元结果进行对比,验证了本模型可考虑节点的翘曲扭转性能。     

火灾中混凝土与钢筋之间粘结力的模拟

采用非线性程序,模拟火灾中钢筋混凝土结构中混凝土与钢筋之间的粘结机理。通过1个梁的拉拔力试验、1个特定温度下的梁试验和在两种标准火灾中的4个足尺梁试验,证明数值模型的准确可靠性。该模型对火灾中钢筋混凝土构件和结构响应的预测满足精度要求,粘结连接单元也能满足火灾中钢筋混凝土结构3维分析的计算精度和计算效率的要求。结果表明:混凝土与钢筋之间的粘结条件对钢筋混凝土结构的耐火性能有重要影响,尤其当钢筋的温度较高(大于500°C)时。目前使用的火灾中钢筋混凝土结构粘结条件的假设是偏不安全的。