火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。     

平面框架结构耐火性能对比研究

建立局部火灾下3层3跨钢管混凝土、型钢混凝土、钢筋混凝土平面框架火灾下温度场和力学性能分析的有限元模型。在此基础上,研究了三种平面框架结构的耐火极限状态、不同受火工况和梁荷载水平条件下框架结构的变形和破坏规律、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律,并对三种平面框架的耐火性能进行了比较。     

钢筋混凝土框架结构耐火性能及抗火设计方法

在采用梁单元的基础上建立钢筋混凝土框架整体结构耐火性能计算模型。框架结构横向3跨、高度7层,两个方向的跨度为8.4 m,层高4.0 m。混凝土采用C30混凝土,钢筋采用HPB400级钢筋。对火灾下典型的多层多跨钢筋混凝土框架结构的变形特点、典型破坏形态、内力重分布规律以及耐火极限进行分析。分析表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态,框架柱破坏是框架整体破坏的主要原因。提出钢筋混凝土框架结构的实用抗火设计建议。     

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。     

平面钢框架结构耐火性能研究

本文建立了局部火灾下平面钢框架耐火性能分析的有限元模型,模型得到了实验结果的验证;在此基础上,研究了火灾发生位置、柱保护层厚度等对平面钢框架结构火灾下的变形规律、破坏形式、承载机理、耐火极限的影响规律,并将耐火极限的计算结果与规范进行了对比。     

钢管混凝土框架柱耐火性能研究

建立了火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架的有限元模型,对不同火灾工况、不同位置的钢管混凝土框架柱的破坏形态、受力机理、内力重分布规律、耐火极限等进行了系统的分析。分析表明,火灾下钢管混凝土框架柱出现了两种典型的破坏形态:当框架柱位于非顶层时,由于柱顶转动约束较大,框架柱出现3个塑性铰成为机构而发生破坏;当框架柱位于顶层时,由于柱上端的转动约束较小,框架柱在中上部出现1个塑性铰而发生破坏。非顶层、同层火灾工况下,当框架柱受火情况相同时,随受火范围的扩大,由于内力重分布,火灾中破坏柱所受的压力较大,耐火极限较小。非顶层、同跨火灾工况下,随楼层增高,框架柱的轴压比减小,耐火极限增加。     

水平地震作用下钢筋混凝土平面框架弯矩调幅研究

从承载能力极限状态的角度出发,通过一个受水平集中力的单层单跨框架模型,研究了钢筋混凝土平面框架结构在水平地震作用下的破坏规律。研究结果表明,在水平力作用下,框架梁端屈服将导致框架柱底端弯矩急剧增大,平面框架结构将提前屈服。这表明框架梁的弯曲刚度对框架的承载力有显著的影响,梁端弯矩调幅将降低平面框架结构的承载力。另一方面,框架梁端屈服以后框架结构的侧移将迅速增长。在水平地震作用下,梁端弯矩调幅将增大框架结构倒塌的风险,结构偏于不安全。当按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)进行设计时,在保证形成"强柱弱梁"破坏机制的前提下,钢筋混凝土平面框架结构不应进行弯矩调幅。     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

蔓延火灾下混凝土框架连续倒塌数值分析

为分析和模拟多层混凝土框架结构在蔓延火灾下的反应规律及其破坏过程,基于纤维梁模型和楼板简化建模方法,建立了一个8层钢筋混凝土框架整体结构数值模型,分析对比了最不利位置处发生静止火灾和蔓延火灾时整体结构的力学响应。模拟结果表明,不论是静止还是蔓延火灾作用,结构短边受火工况均由于结构内力重分布能力不足发生了局部倒塌,而长边工况由于荷载传力路径较多,并未引发倒塌。相比于静止火灾,蔓延火灾作用时受火构件内力重分布次数增多,延长了整体结构的耐火极限时间。     

均匀受火钢筋混凝土框架极限承载力分析

对火灾高温作用下钢筋混凝土梁、柱可能破坏截面的应力、应变及内力进引分析。在此基础上,编制了钢筋混凝土梁、柱在高温作用下截面极限承载力的计算程序。运用该程序对同时受到荷载和均匀受火条件下的简单框架梁、柱可能破坏截面的极限承载力的变化及其相互影响进行计算、分析和讨论,据此提出钢筋混凝土框架在均匀受火时也要像抗震设计一样尽量满足"强柱弱梁"的要求,即"耐火强柱弱梁"的延性设计原则,为火灾抗倒塌设计提供参考。     

震损钢筋混凝土平面框架结构抗火性能研究

为明确混凝土框架结构受地震破坏造成的几何损伤对其遭受地震次生火灾后耐火性能退化规律的影响,分析总结震害资料以及抗震实验记录,将混凝土保护层剥落、残余变形作为混凝土结构的震损形式,通过数据统计与回归分析的方法确定损伤尺寸,从而建立了两层两跨震损钢筋混凝土平面框架有限元模型,得到了框架结构变形特点和受火位置、轴压比、层间位移角对平面框架结构耐火极限的影响规律。     

高温下钢筋混凝土框架的内力重分布研究

通过钢筋混凝土框架的火灾全过程分析,初步探讨高温下钢筋混凝土框架的内力重分布规律。推导建立了高温下钢筋混凝土的简化梁单元模型,编制了钢筋混凝土框架高温反应的全过程分析程序,程序的正确性得到了其他学者试验结果的验证。选取1榀单层3跨的钢筋混凝土框架,针对不同梁柱线刚度比和不同柱子轴压比的情况分别进行了该框架的高温反应分析,考察了部分控制截面的内力重分布规律。研究结果表明,高温下框架结构产生剧烈的内力重分布,其中框架梁的轴力和梁端弯矩变化尤为剧烈,成为影响框架结构其他控制截面内力变化的主要因素之一;随着梁柱线刚度比和柱子轴压比增大,框架梁的轴向压力逐渐加大。在结构层次上开展钢筋混凝土框架的耐火研究,可更为全面科学地把握不同构件的最不利受力状况。     

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。     

局部火灾作用下PEC柱组合框架抗火性能研究

应用ABAQUS软件建立局部火灾作用下PEC柱—钢梁组合平面框架的温度场和抗火性能分析模型,模型得到相关试验数据的验证。应用验证后的模型分析火灾高温下PEC柱—钢梁组合框架的失效模式、PEC柱内力变化规律和结构变形特征等,并分析火灾发生位置对PEC框架结构耐火性能的影响。结果表明:在不同的保护层厚度和荷载情况下,PEC柱—钢梁组合框架会出现梁先失效和柱先失效两种不同的失效模式;柱先失效模式会导致结构整体的破坏,梁先失效模式只会引起结构局部发生破坏;框架受火面积越大,受火柱的轴压比和受火梁的荷载比越大,框架的耐火极限越短。     

三面受火情况下钢筋混凝土梁极限承载力的计算与分析

根据对火灾作用下钢筋混凝土梁可能破坏截面的应力、应变及内力分析的基础上,编制了火灾下钢筋混凝土梁截面极限承载力的计算程序.运用该程序对钢筋混凝土梁可能破坏截面的高温极限承载力的变化进行计算、分析,由此得出混凝土梁在火灾作用下极限承载力随时间下降变化的一般规律,可用于指导工程结构的耐火设计及火灾营救.     

自然火灾作用下钢筋混凝土框架结构性能分析

在考虑自然火灾的基础上,进行了局部火灾作用下框架结构传热分析和非线性分析,对其温度分布规律、内力重分布规律和变形规律进行了研究。传热分析表明,受火过程中,受火构件截面平均温度较低。分析表明,受火过程中,框架经历了明显的内力重分布,大多数截面的内力都经历了一个先增大后减小的过程,受火构件的热膨胀是内力重分布的主要原因;自然火灾作用下,框架结构没有达到耐火极限状态。     

足尺震损钢筋混凝土柱耐火性能试验研究

地震次生火灾具有发生概率高、灾害破坏力强、损失巨大和机理复杂等特点,为分析震后火灾环境下钢筋混凝土柱构件的抗火性能,以钢筋混凝土柱的裂缝、混凝土剥落和残余变形作为地震损伤形式,设计了7根带有预制损伤的足尺钢筋混凝土方形截面柱,进行明火试验,研究不同几何损伤形式及损伤程度对混凝土柱的火灾破坏特征、截面温度场分布、竖向变形过程及耐火极限等性能影响规律。试验结果表明,预制损伤混凝土柱构件的火灾破坏程度明显大于无损伤混凝土柱,其中混凝土剥落对震损柱内部温度场及耐火性能的影响最大。根据足尺混凝土柱的耐火试验结果,采用ABAQUS有限元软件分析震损混凝土柱的温度场分布与耐火极限,结果表明：当试件端部产生保护层剥落时,剥落区轴向等温线向柱中心凹陷,整体呈“瓶颈”状;轴压比与剥落厚度对震损混凝土柱耐火极限有较大影响;残余变形小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的弹塑性层间位移角1/50时,残余变形对震损混凝土柱的耐火极限影响有限。通过拟合得到了混凝土柱的轴压比、残余层间位移角、剥落厚度与其耐火极限之间的量化关系式,关系式计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架耐火性能研究

为明确钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的耐火性能,采用有限元方法分析了ISO 834 标准升温曲线火灾作用下,圆形钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的温度场和耐火极限。研究结果表明：提出的简化的HB 螺栓模型可以有效地对圆形钢管混凝土-组合梁框架的耐火性能进行分析。钢管混凝土柱横截面混凝土的网格划分方法对于钢管混凝土柱-组合梁框架的耐火极限影响较小。当节点连接可靠时,钢管混凝土柱-组合梁框架达到耐火极限时的破坏模式主要有柱破坏模式和组合梁破坏模式。     

钢筋混凝土框架地震后耐火性能研究

葡萄牙研究人员开展了地震后钢筋混凝土框架结构耐火性能的评估方法研究。采用SAFIR程序对钢筋混凝土框架进行了数值分析,开展了结构的温度和力学分析。分析的变量是框架的损伤类型和火灾中的受火柱子数量。热分析采用ISO834标准升温曲线。研究结果表明,地震对钢筋混凝土框架的破坏降低了框架的耐火性能。     

表面含水率对RC柱爆裂程度及耐火极限的影响研究

通过3根轴心受压混凝土柱和3根偏心受压混凝土柱的足尺火灾试验,研究了不同表面含水率下,爆裂程度对钢筋混凝土柱破坏模式、竖向位移及耐火极限的影响,对比分析了不同受压方式下钢筋混凝土柱火灾行为的异同。结果表明:随养护周期增长,混凝土表面含水率下降,爆裂程度减轻,钢筋混凝土柱耐火极限显著提高;火灾作用下,偏心受压柱试验后期产生突变的下降位移,相同条件下,偏心受压柱的耐火极限低于轴心受压柱的耐火极限;养护周期较短时,混凝土爆裂程度对柱耐火极限有较大影响,随着养护时间增长,受压方式对柱耐火极限的影响更加显著。