考虑爆裂的高强混凝土柱耐火性能研究

高强混凝土(HSC)柱在高温下会产生爆裂,缩短柱子的耐火极限,研究发现爆裂的随机性也使得数值模拟有一定的难度.应用ABAQUS建立了考虑高温爆裂的HSC柱有限元模型,并得到实验数据的验证.应用验证后的模型,分析了爆裂对温度场的影响,以及爆裂长度和爆裂深度对四面受火HSC柱耐火性能的影响.结果表明:爆裂后截面温度随爆裂深度的增大丽逐渐上升;在相同爆裂深度下,随着爆裂长度的增加,HSC柱耐火极限减小,轴向位移增加;相同爆裂长度下,随着爆裂深度的增加,HSC柱耐火极限有较大降低.     

标准升温下轴向约束PEC柱耐火极限及影响因素分析

为考察高温下相邻构件作用对PEC柱耐火极限的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了标准升温条件下约束PEC柱数值分析模型,得到了试验数据的验证。应用验证后的模型,分析了火灾荷载比、轴向约束刚度比、长细比、偏心率对约束PEC柱耐火极限的影响规律。结果表明,随着火灾荷载比的增大,约束PEC柱的耐火极限呈线性降低的趋势;轴向约束刚度比对PEC柱耐火极限几乎没有影响;长细比和偏心率对PEC柱耐火极限影响不大;在荷载比相同的情况下,随着长细比的增加PEC柱耐火极限略有降低,随着偏心率的增加PEC柱耐火极限略有上升。     

轴力作用下基于子结构模型的约束PEC柱耐火极限研究

利用有限元软件ABAQUS,建立了包含部分梁、柱的约束PEC柱子结构温度场和力学分析模型,应用约束PEC柱的抗火试验数据验证了模型的合理性。采用上述模型分析了轴力比、轴向约束刚度、约束梁跨度、柱长度以及梁上荷载大小对轴力作用下约束PEC柱耐火极限的影响规律,并建立了该类构件的耐火极限简化计算公式。结果表明,轴力比和柱长度对轴力作用下约束PEC柱的耐火极限有较大影响,而轴向约束刚度、约束梁跨度及梁上荷载的影响很小;轴力比是影响柱耐火极限的重要参数,耐火极限随荷载比的增大迅速降低。给出的耐火极限计算公式可供约束PEC柱耐火设计参考。     

角钢加固钢筋混凝土框架抗火性能研究

应用Abaqus有限元软件建立了角钢加固钢筋混凝土框架的热-力耦合分析模型,利用钢筋混凝土梁、柱和框架的抗火试验数据对温度场和力学分析模型进行了验证。利用验证后的模型,分析了轴压比、荷载比、承载力提高系数对角钢加固钢筋混凝土框架的变形特征和耐火极限的影响规律。结果表明:由于边柱荷载比中柱小,受到的约束也弱于中柱,其轴向膨胀变形和水平侧移比中柱大;加固柱的轴压比对框架的破坏形式有重要影响,当加固柱的轴压比较小时,受火梁先发生破坏,导致局部破坏;随着轴压比的增大,底层框架柱先于受火梁发生破坏,导致整体破坏;轴压比影响框架加固柱的刚度和结构的内力分布;轴压比和火灾荷载比的增大导致框架耐火极限下降,荷载比对框架耐火极限的影响更为明显;在荷载比相同的情况下,承载力提高系数对框架柱耐火极限的影响很小。     

三面受火小偏压SRC柱耐火极限试验

由于所处位置不同,结构中的柱有可能处于非四面均匀受火状态,受火边界的差异将导致柱耐火性能存在一定的差异.为认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,进行了两根ISO-834标准火灾作用下、三面受火(受拉侧不受火)SRC柱在小偏心荷载作用下的耐火极限试验,观察了试件破坏过程,获取了截面温度场分布、轴向变形-时间关系曲线、侧向变形-时间关系曲线及构件的耐火极限,分析了有关规律及机理.试验结果表明,混凝土爆裂(崩落)对截面温度场及构件耐火极限均有影响;荷载比和偏心率是影响高温下SRC偏压构件变形特征及耐火极限的重要因素.试验结果可供三面受火SRC柱耐火设计参考.     

三面受火型钢混凝土柱耐火极限的试验研究与理论分析

制作了2根三面受火型钢混凝土柱,在标准升温条件下进行耐火极限试验,测量了构件轴向变形及中部侧向变形,观察了混凝土的爆裂及构件破坏过程,获得了构件的耐火极限。然后应用有限元软件ABAQUS建立了三面受火型钢混凝土柱三维非线性有限元模型,计算结果得到了试验数据的验证。结果表明,火灾荷载比及偏心率对三面受火型钢混凝土柱的耐火极限有很大的影响,有限元模型可以用来模拟三面受火型钢混凝土柱的温度场及耐火极限。     

外包钢加固钢筋混凝土柱的抗火性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立了外包钢加固钢筋混凝土柱的温度场和力学分析模型,应用钢筋混凝土柱的抗火试验数据对模型进行验证。采用验证后的模型分析了轴压比、偏心率、荷载比以及承载力提高系数对外包钢加固钢筋混凝土柱抗火性能的影响规律。分析结果表明:随着轴压比、荷载比和偏心率的增加,加固柱的耐火极限减小。对于轴心受压柱,承载力提高系数的增加对加固柱耐火极限影响很小;对于偏心受压柱,随承载力提高系数的增大加固柱的耐火极限增大,但增幅有限。在荷载比相同的前提下,偏心率对柱的耐火极限影响不显著。     

弯矩分布模式对约束PEC柱抗火性能的影响

在实际火灾中,结构中的柱子可能受到轴力和不同分布模式弯矩的共同作用。弯矩分布模式的不同将导致柱的抗火性能产生一定差异。考虑结构中柱的实际受力状态,建立了ISO-834标准升温条件下四面受火约束PEC柱有限元模型,分析了不同轴向约束刚度比、荷载比和偏心率等参数情况下弯矩分布模式对约束PEC柱抗火性能的影响。结果表明,荷载比和偏心率较小时,不同的弯矩分布模式对PEC柱的变形特征和轴力变化系数影响不大;随着荷载比和偏心率的增大,对弯矩分布模式的影响变大。在其他参数相同的情况下,均匀弯矩分布模式下柱的耐火极限最短;三角形弯矩分布模式和异号弯矩分布模式下PEC柱耐火极限差别不大。     

T形截面型钢混凝土异形柱耐火极限研究

建立了T形截面型钢混凝土异形柱抗火分析有限元模型,应用标准升温下的T形截面钢筋混凝土异形柱和型钢混凝土矩形柱耐火试验数据对模型进行了验证,包括温度场分布和耐火极限.利用验证后的模型,分析了含钢率、偏心率、轴力比、长细比等4个主要因素对型钢混凝土异形柱耐火极限的影响.分析表明,轴力比和偏心率对型钢混凝土异形柱的耐火极限影响较大,随着轴力比和偏心率的增加,耐火极限呈线性递减;随着长细比的增大,耐火极限有降低的趋势,但影响不显著;在不同轴力比情况下,耐火极限随含钢率变化的趋势有所不同.     

标准火灾下轴压型钢混凝土柱抗火性能研究

进行了1根标准火灾下轴压型钢混凝土柱的抗火性能试验.试验采用恒载升温的试验方法,炉温采用ISO834标准升温曲线.测量了试件内部的温度场和试件轴向位移随时间的变化曲线,了解了试件的破坏过程.试验结果表明:混凝土爆裂对截面温度场分布、构件变形和耐火极限有较大的影响;截面温度场分布基本对称,温度沿构件纵向分布略有差别;试件经历了初始膨胀变形阶段、材料随温度升高而降低导致的变形发展阶段和变形急剧增加的破坏阶段.     

约束高强度Q460钢柱抗火性能试验

为获得高强度Q460钢柱的抗火性能,采用火灾试验炉对4个约束Q460钢柱进行抗火性能试验,试验采用恒载升温模式和ISO-834标准升温曲线,考虑了两个约束刚度和两个荷载比,测量了钢柱受火过程中的温度、轴向位移和跨中挠度,并得到了约束Q460钢柱的屈曲温度和破坏温度,采用约束钢柱的轴力放大系数方法计算了试件的破坏温度并和试验结果进行对比.研究表明:轴向约束刚度和荷载比对Q460钢柱的抗火性能影响较大,相同荷载比下轴向约束刚度大的钢柱破坏温度低,相同约束刚度下荷载比大的钢柱破坏温度低;轴力放大系数方法可以确定约束高强度Q460钢柱的临界温度.     

约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析。考察了轴向/转动约束刚度比、截面边长、荷载比、荷载偏心率、配筋率、升温时间等参数对ISO834标准升降温过程作用下约束混凝土柱的轴力的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了比较。通过对2880种工况的计算分析,建议给出了该类构件轴力变化系数的实用计算方法。研究结果表明：对于轴向/转动约束混凝土柱,无论单调升温还是先升温后降温,轴力变化系数总体都呈现出先逐渐增大而后有所减小或基本保持稳定,最后以较大速率持续降低的趋势,主要区别在于后期单调升温对应的降低速率一般比先升温后降温时更大;对于先升温后降温的轴向/转动约束混凝土柱,转动约束刚度比、柱长和混凝土保护层厚度对轴力变化系数影响较小,而轴向约束刚度比、荷载偏心率和配筋率越大或荷载比和截面边长越小,轴力变化系数的峰值就越大。     

端部约束钢管混凝土柱耐火性能及抗火设计方法

为了给钢管混凝土柱的抗火设计提供有效方法,利用梁单元建立了端部约束钢管混凝土柱耐火性能分析的有限元计算模型。利用上述模型,考虑转动约束、轴向约束以及偏心距的影响,对火灾下端部约束钢管混凝土柱的计算长度系数和稳定系数等进行了系统的参数研究。最后,提出了端部约束钢管混凝土柱的抗火计算方法。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱耐火极限的计算分析

采用分段积分法编制了计算带肋薄壁方钢管混凝土柱耐火极限的程序,计算结果与相关实验结果吻合较好。在此基础上,分析了柱的变形及加劲肋宽度等的影响规律,结果表明,带肋薄壁方钢管混凝土柱的耐火极限随着加劲肋宽度的增加而增加;轴压比对耐火极限的影响较大,随着轴压比的减小,构件的耐火极限增加;除较小加劲肋宽度且低荷载的情况之外,在薄壁钢管混凝土柱内部设置纵向加劲肋能够提供一定的安全储备。     

型钢再生混凝土高轴压比柱抗震性能试验

为研究3种不同再生粗骨料取代率的足尺型钢再生混凝土柱试件在高轴压比及较低轴压比下的抗震性能差异,本文通过40 000 k N多功能试验机对4个柱试件进行了低周反复荷载试验.观察分析各试件的受力性能及破坏特征,得到不同设计变量对试件的水平承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能、变形及刚度等的影响规律.结果表明:4个柱试件的最终破坏形态均为弯剪破坏;各试件滞回曲线较饱满,试件耗能性能较好;再生粗骨料取代率增大,会使试件的变形能力有所降低,但对试件水平承载力及刚度退化影响不大;轴压比增大,试件的水平承载力、刚度及耗能性能提高,但承载力下降加快,刚度退化加剧,延性降低.总体来看,型钢再生混凝土柱在高轴压比下仍然能保持较好的抗震性能,可为后续的理论研究及实际工程应用提供依据.     

剪力连接件对型钢混凝土超短柱抗震性能的影响

进行了6个剪跨比为1的超短柱的滞回性能试验研究,其中包括2个钢筋混凝土柱(RC)、2个不设剪力连接件的型钢混凝土(SRC)柱和2个设剪力连接件的型钢混凝土柱.试验结果表明,不设剪力连接件的SRC超短柱的破坏模式为粘结破坏,与RC超短柱相比,其抗剪承载力和变形能力无显著提高,但耗能能力有所提高.设置剪力连接件的SRC超短柱的破坏模式为斜压破坏,与不设剪力连接件的SRC超短柱相比,其抗剪承载力和变形能力显著提高.随轴压比的提高,SRC超短柱的抗剪承载力提高;但轴压比对SRC超短柱的延性和变形能力无显著影响.