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。     

同跨受火时两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对两榀两层两跨组合钢框架在同跨火灾作用下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火、节点不受火,梁、板受火而柱、节点不受火两种。试验中量测了各种工况的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移。结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度分布基本均匀;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀、降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护;钢框架未受火部分对受火部分约束很大,导致受火跨边柱与中柱的变形不对称,同样也产生了内力重分布。     

两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对3榀两层两跨组合钢框架在不同火灾工况下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:单室受火、同跨受火和底层受火三种工况,试验时,梁、板、柱同时受火,节点不受火.试验中量测了各种工况下的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移.结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;而单面受火时则相差较大;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度基本一致;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀,降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合钢框架在降温时因为收缩,导致节点等处出现不同程度的破坏,并产生很大的残余变形;钢框架未受火部分对受火部分约束很大, 导致受火跨边柱与中柱的变形不对称, 同样也产生了内力重分布;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护.     

方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能试验研究

为了研究组合梁对方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能的影响,设计了带有混凝土现浇楼板方钢管混凝土柱-组合梁框架(CFSTCBF)及不带楼板的方钢管混凝土柱-钢梁框架(CFSTSBF),采用拆除构件法对两个试件的抗连续倒塌性能进行竖向加载试验研究,对其在中柱失效工况下的破坏模式、受力机理以及主要的抗力机制进行分析,同时对现浇混凝土楼板和节点在连续倒塌过程中的性能进行探讨。研究表明：两个试件的破坏均是由正弯矩区钢梁破坏引起,结构的倒塌阶段可分为弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段和悬链线阶段,压拱机制和悬链线机制均能改善结构的抗倒塌性能;混凝土楼板可以有效增强结构的承载能力,提高结构的初始转动刚度,但在改善结构变形能力方面的作用较弱。     

H型钢混凝土柱的抗火性能数值模拟分析

火灾下型钢混凝土柱的抗火性能对结构整体抗倒塌能力影响重大。本文应用有限元软件ABAQUS对四面受火的型钢混凝土柱进行热-力耦合分析,考虑截面尺寸、含钢率、配筋率、轴压比、长细比和荷载偏心率等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,得出结论:截面尺寸、含钢率、轴压比、长细比和荷载偏心率对型钢混凝土柱抗火性能影响较大,配筋率对型钢混凝土柱抗火性能影响有限。     

钢-混凝土组合梁抗火性能研究综述

随着钢-混凝土组合梁的广泛应用,组合梁的抗火性能和设计方法越来越引起人们的重视。目前关于钢-混凝土组合梁的抗火性能研究文献还不多。对国内外钢-混凝土组合梁的抗火性能试验和理论研究以及高温下栓钉的受力性能研究进行了文献综述,指出了目前研究中存在的问题和不足。此外,还对国内外常用的几个规范中关于钢-混凝土组合梁抗火设计方法和理论进行了分析和总结,用一个算例计算了组合梁的临界温度并进行了对比。最后对未来的研究趋势进行了展望。研究工作可为开展钢-混凝土组合梁抗火性能研究和进行组合梁抗火设计提供参考。     

耐火钢-混凝土组合梁抗火性能非线性有限元分析

目前国内外学者对钢-混凝土组合梁抗火性能的研究均基于普通钢材。选用合理的材料热工性能参数、高温力学性能参数和热-力耦合本构关系,运用有限元软件ABAQUS建立计算模型,分别与耐火钢梁、钢筋混凝土梁以及钢-混凝土组合梁的抗火性能试验结果进行对比,验证所选参数和分析方法的合理性和有效性。在此基础上,比较同等条件下耐火钢与普通钢-混凝土组合梁的抗火性能,发现耐火钢-混凝土组合梁的抗火性能和耐火极限提高显著,因此可以减小防火涂料厚度,降低防火涂料用量。     

影响组合梁抗火性能的两个因素分析

目前火灾下钢—混凝土组合梁承载力计算一般是没有考虑压型钢板型号、边界条件等因素对组合梁抗火承载力的影响[1],本文采用有限元方法针对不同压型钢板型号、不同边界条件下的组合梁采用有限元模型进行抗火性能分析,得出了一些对组合梁抗火计算与设计有益的结果。     

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。     

不同火灾工况下钢梁-钢管混凝土柱平面框架受火全过程分析

采用多尺度建模方法建立了考虑钢材高温蠕变的三层三跨钢梁-钢管混凝土柱平面框架火灾全过程热-力耦合数值模型,研究不同火灾工况下平面框架经历常温加载、恒载升温、降温和火灾后等不同受火阶段的力学性能。在与已有试验对比验证的基础上,分析了框架经历升温和降温后受火钢梁跨中挠度和受火柱顶轴向变形与升降温时间关系,计算了火灾后框架底层柱底水平荷载P-框架顶层水平位移Δ关系曲线。研究结果表明：钢材的高温蠕变是钢材在热力耦合作用下应变的一部分,计算过程中需要考虑其影响;钢梁在升温过程中由于高温膨胀对框架柱产生外推作用,而进入降温阶段后钢梁产生明显的收缩变形;框架底层三跨同时受火时钢梁跨中挠曲变形最大,受火初期柱顶轴向压缩变形小于膨胀变形;受火后框架水平承载力和初始刚度均随受火区域的增大呈下降趋势。     

高性能耐火耐候钢-混凝土简支组合梁抗火性能的数值分析

随着钢材冶炼技术发展,采用耐火耐候钢、闭口压型钢板提升钢-混凝土组合梁抗火性能成为钢结构抗火设计新方法。采用ABAQUS有限元软件,选取合理的材料高温热-力学性能参数和计算策略,并通过数值计算结果与钢-混凝土组合梁抗火性能试验结果对比,验证了数值模型的准确性与可靠性。以此为基准模型,改变材料热膨胀系数、荷载比、钢梁截面尺寸等参数,总结得出钢材热膨胀系数、钢梁高度、楼板厚度、荷载比对耐火耐候钢-混凝土简支组合梁耐火极限影响较大的结论,并基于参数化计算,分析数值模型计算组合梁正截面抗弯承载力与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中承载力法计算结果的差异,提出了标准升温下该型组合梁修正的承载力计算方法。     

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。     

国外期刊论文简介

半刚性组合框架在竖向荷载作用下的实用设计方法;预测钢-混凝土组合楼板部分协同工作结构性能的简化模型;约束钢梁在升温段和降温段的试验;内埋I字形钢的组合柱的抗火性能——截面尺寸和荷载比的影响;钢柱抗火设计的屈曲长度.     

耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能分析

迄今为止,国内学者研究较多的是普通钢管混凝土柱的耐火性能,而对耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能研究报道较少。通过利用ANYSY有限元软件对普通圆钢管混凝土柱在火灾升温曲线下温度场的模拟,采用数值计算方法求解普通圆钢管混凝土柱耐火极限,与试验结果吻合很好。将普通钢管替换为耐火钢,研究耐火圆钢管混凝土柱耐火极限,并与普通圆钢管混凝土柱对比,发现在一定受火时间内耐火圆钢管混凝土柱耐火极限明显提高。     

冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁抗火性能参数分析

基于ANSYS热分析结果,建立冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁在标准火灾作用下的热-结构耦合有限元计算模型,对荷载水平、混凝土强度、槽钢截面几何尺寸、防火涂层厚度、加载位置和加载方式等不同影响因素下的组合梁抗火性能进行有限元分析。结果表明：防火涂层厚度和荷载水平对组合梁抗火性能的影响显著,槽钢截面腹板高度和腹板厚度次之,混凝土强度、加载位置、加载方式和槽钢翼缘厚度等因素对组合梁的抗火性能影响很小,可以忽略不计;防火涂层厚度一定时,组合梁的耐火极限随荷载水平的提高而降低;荷载水平一定时,组合梁的耐火极限随防火涂层厚度的增加而呈非线性提高;填充混凝土可有效降低钢梁截面的温度,产生温升延时效应,在升温前期,冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁的温度低于未填充混凝土的型钢梁,降幅可达15％~60％。在ISO-834标准火灾作用下,组合梁跨中挠度 δ=l/25 可作为其达到耐火极限的判别标准。     

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。     

相对两面受火方钢管混凝土耐火极限

方钢管混凝土柱的抗火性能与设计是其在工程实践中的关键问题之一,因而众多国内外学者对此进行了研究。但是,现有研究及其成果和现行规范或规程大多假设其四面均匀受火,而实际火灾中方钢管混凝土柱也可能存在单面、两面及三面等非均匀受火边界。受火边界的改变,使非均匀受火的方钢管混凝土柱受力机制和抗火性能与四面受火情况有所不同。为此,研究了一种典型非均匀受火边界,即相对两面受火条件下方钢管混凝土柱的抗火性能,在大量参数分析的基础上,提出了相对两面受火时方钢管混凝土承载力影响系数的简化公式,可用于评估该火灾条件下方钢管混凝土柱耐火极限,以供工程实践参考。     

钢管混凝土柱抗火性能浅析

介绍了钢管混凝土柱的特点及其抗火性能研究的必要性,分析其抗火性能机理及其主要的影响因素,包括截面尺寸、含钢率、长细比、保护层厚度、边界条件、受火情况等,提出了进行钢管混凝土结构构抗火性能研究的几个关键问题。     

钢-混凝土组合结构抗火性能研究与应用

钢-混凝土组合结构抗火性能研究是当前的研究热点之一,国内外学者对此展开大量试验研究和理论分析。通过介绍国内外研究者在组合板、组合梁、组合柱等构件以及结构节点和结构体系抗火性能方面研究概况,分析了我国现有防火设计规范的特点以及工程应用情况,指出现有研究的不足,对组合结构抗火研究领域在高温材料热-力耦合本构关系、计算理论、数值火灾试验和设计方法等方面需进一步研究的工作进行了展望。文中指出,建立考虑升降温、多轴应力状态、不同加卸载路径的钢材和混凝土热-力耦合本构关系,建立基于整体性能、考虑升降温全过程的结构抗火分析理论,建立整体结构数值火灾试验方法,提出“三水准”结构抗火设计与灾后结构损伤评估原则以及基于时变可靠度和结构整体性能的组合结构抗火设计方法是钢-混凝土组合结构抗火性能研究的关键科学问题。表2参119     

钢筋桁架楼承板钢组合梁抗火性能试验研究

为了得到钢筋桁架楼承板钢组合梁考虑栓钉剪切滑移后的抗火性能,采用火灾试验炉对2个四点加载的足尺钢筋桁架楼承板钢组合梁进行抗火性能的试验研究,其中一个试件按照完全抗剪设计,另一个试件按照部分抗剪设计。组合梁楼板采用钢筋桁架楼承板现浇混凝土组成,钢梁为焊接H形钢梁,抗剪键采用栓钉。试验在ISO834标准升温条件下进行,测量得到组合梁的温度分布、跨中挠度、端部楼板和钢梁的相对剪切滑移位移及楼板的掀起位移。并采用现行《组合结构设计规范》对试件高温下极限承载力进行计算。研究表明,常温下完全抗剪设计的钢筋桁架楼承板钢组合梁具有较好的抗火性能,但高温下仍会产生剪切滑移和掀起位移,部分抗剪连接钢筋桁架楼承板钢组合梁火灾下容易发生混凝土板压溃破坏,且梁端栓钉顶部产生较大的裂缝,在钢梁下翼缘温度超过600℃时,组合梁的变形很快超过完全抗剪连接设计的组合梁,且梁端相对滑移和掀起位移远大于完全抗剪连接设计的组合梁。考虑高温下材料力学性能后,现行《组合结构设计规范》中部分抗剪组合梁承载力计算结果与本文试验结果吻合较好。