约束组合梁抗火性能试验研究

通过利用约束框架对组合梁施加约束，研究了处于结构整体中的组合梁的抗火性能及其在火灾中破坏的过程和特点。试验用了两个足尺试件，分别为简支梁和连续梁。采用一种间接的方法得到了抗火试验中难以测得的组合梁的轴力及弯矩等参数。试验表明：（1）悬链线效应有助于提高组合梁的抗火性能；（2）常温下满足宽厚比要求的钢梁的下翼缘，在火灾下仍会发生屈曲；（3）组合梁的节点设计中应进行轴向承载能力验算；（4）组合梁在火灾中的破坏过程可划分为升温膨胀阶段、跳跃阶段和悬链线阶段。     

钢筋混凝土结构抗火性能研究进展

随着建筑火灾的频繁发生,钢筋混凝土结构发生火灾的情况也日益增多。在火灾中建筑材料的力学性能降低将导致钢筋混凝土结构发生破坏甚至倒塌。前期人们对钢筋混凝土梁、柱和节点的抗火性能进行了试验研究。 由于试验条件不同,其耐火极限计算公式在不同试验条件下的计算精度较低。因此,文章综述了钢筋混凝土梁、 柱、节点和框架抗火性能等方面的研究并进行了梳理,考虑了混凝土保护层厚度、荷载比和配筋率等试验参数对耐火极限的影响,回顾了杆系模型、Rankine 方法和刚度法等理论分析方法的研究进展,总结了有限元分析和耐火极限计算公式的研究进展。结果表明：钢筋混凝土梁的耐火极限受荷载比、混凝土保护层厚度和配筋率等参数的影响较大,钢筋混凝土柱的耐火极限受荷载比和荷载偏心率等参数的影响较大,钢筋混凝土节点的耐火极限则取决于节点周边钢筋混凝土梁、柱的耐火极限。此外,还收集了 129 篇文献的试验数据并归纳了荷载比、混凝土保护层厚度和配筋率等试验参数对耐火极限的影响规律,对不同条件的试验结果进行了统一化规制并对其耐火极限进行了参数相关性分析,选取了相关性大于 0.1 的参数作为影响耐火极限的重要参数。通过机器学习和非线性回归分析方法,提出了钢筋混凝土梁和柱的耐火极限计算公式,其 R2 分别为 0.935 和 0.895,计算结果与实验结果吻合较好,表现出较高的准确性,为钢筋混凝土结构的抗火设计提供可靠参考。     

考虑结构整体性的组合梁抗火性能研究

处于结构整体中的构件具有比单个构件更高的抗火能力,这已在Cardinton试验以及一些火灾现象中得到了证实。由于结构的高次超静定,组合梁在火灾下达到其极限抗弯承载能力后,尚能够利用悬链线效应继续承载。通过理论和试验研究,给出了考虑结构整体性的组合梁火灾全过程计算方法。利用这种方法,可以计算组合梁挠度、轴力、跨中及梁端弯矩的变化全过程,进而对组合梁的抗火性能进行火灾全过程分析。通过试验,验证了这种理论计算方法的可靠性,为组合梁抗火性能的理论研究和抗火设计提供了参考。     

GHPFRCC框架梁抗火性能试验研究∗

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(green high?performance fiber?reinforced cementitious composites,GHP? FRCC)是在传统 ECC 基础上加入大掺量粉煤灰制成的一种新型绿色建筑材料。GHPFRCC 具有高延性特点,很适合用于框架梁、柱及节点,但 GHPFRCC 框架梁作为一种新型结构其抗火性能研究较少,为了探明 GHPFRCC 框架梁的抗火性能,进行 10 根 GHPFRCC 框架梁的耐火试验,研究荷载比、纵筋率、剪跨比等因素对火灾下 GHP? FRCC 框架梁的跨中挠度、温度场分布的影响。试验结果表明,火灾下 GHPFRCC 框架梁升温速度最快的是梁底面,速度最慢的是梁顶面;剪跨比为火灾下 GHPFRCC 框架梁破坏形态的主要影响因素;跨中挠度曲线近似线性下降,且剪跨比越大,跨中挠度下降斜率越大;纵筋率可有限提高 GHPFRCC 框架梁的抗剪承载力,箍筋对保证火灾下 GHPFRCC 框架梁的抗剪性能至关重要。     

H型钢混组合梁耐火极限时间研究∗

为探究 H 型钢混组合梁的耐火极限时间,采用 ANSYS 软件建立 H 型钢混组合梁的热-结构耦合计算模型, 分析了火源类型、外荷载大小、腹板厚度、受火区长度对 H 型钢混组合梁耐火极限时间的影响。结果表明：在设定的火灾场景下,油罐车燃烧时 H 型钢混组合梁的耐火极限时间为 36 min,而小汽车的燃烧不会造成 H 型钢混组合梁的下挠破坏;外荷载越大、腹板越薄、受火区越长,H 型钢混组合梁的耐火极限时间越短,其耐火极限时间最多分别缩短了 11、8、8 min。在此基础上提出了提升 H 型钢混组合梁耐火极限时间的建议。     

建筑结构抗火性能研究回顾及展望

火灾产生的高温可使建筑结构严重破坏甚至倒塌 ,为了保证建筑结构具有足够的抗火能力 ,必须进行建筑结构抗火分析和设计。各国学者对建筑结构抗火性能进行了大量研究 ,取得了丰硕的成果。本文简要介绍火灾科学的产生及发展的进程 ,重点回顾建筑结构抗火性能研究的进展 ,进而对今后发展进行了展望。     

约束高强度Q460钢柱抗火性能分析

为了研究高强度约束钢柱在火灾下的反应,根据高强度结构钢Q460在高温下的力学性能参数,建立了约束高强度钢柱受火分析模型,得到了高强度约束钢柱在火灾下的轴向位移、跨中挠度、最大应力以及临界温度.采用有限元分析对理论结果进行了验证,两者吻合很好.利用验证过的该文计算方法计算了2种荷载比、长细比和约束刚度比条件下的高强钢柱的抗火性能;采用CECS200:2006的力学性能参数计算了约束普通钢柱的抗火性能.通过对高强钢和普通钢的抗火性能分析发现,轴向约束明显降低钢柱的临界温度,长细比、荷载比越大,临界温度越低;高强钢的抗火性能要优于普通钢.     

钢结构梁柱节点抗火性能研究进展与展望∗

钢结构不耐火,在一定程度上制约了钢结构的应用和发展。为了探明钢结构在火灾下的工作性能,对钢结构基本构件的抗火性能进行了大量研究,提出了相应的设计理论与方法。梁柱节点是钢结构中十分关键的部位,在火灾下的可靠连接是保证钢结构火灾安全的重要前提。为了全面了解钢结构梁柱节点在火灾下的受力性能和破坏机理,从试验研究、有限元模拟和组件分析法三个方面系统地梳理了国内外关于节点抗火性能的研究进展。比较了高温下不同类型节点的力学性能,探讨了多种关键参数对节点在火灾下工作性能的影响规律,介绍了不同类型节点的高温组件分析模型以及弯矩―转角曲线数学模型。分析表明:节点构造形式对钢框架火灾安全有较大影响;通过设置柱腹板加劲肋、提高螺栓强度等级以及增加连接件的厚度等可以有效地提高节点的抗火性能。最后剖析了钢结构梁柱节点抗火研究中存在的不足,对未来值得关注和重视的关键问题提出展望。     

钢-混凝土预制板组合梁试验研究

对12个不同预留孔形、孔内不同填充材料的推出试件及2根不同预留孔形的完全剪力连接与1根部分剪力连接的钢-混凝土预制板组合梁进行了试验，结果表明，只要预留孔形设计合理，灌孔混凝土强度得当，钢-混凝土预制板组合梁就具有良好的组合效应和整体工作性能，是一种有发展前途和广泛应用领域的新型组合结构。     

预应力CFRP筋混凝土梁的抗火试验研究

进行了3根预应力CFRP筋混凝土梁的抗火性能试验,考虑了荷载比对试验梁抗火性能的影响,分析了梁截面温度场、跨中挠度变形和CFRP应力随时间的变化规律。试验结果表明:(1)当保护层厚度为90 mm时,CFRP筋的温度不超过200 ℃,可有效降低CFRP筋的受火温度;(2)受火初期试验梁的挠度变形增长较快,随后增长速度趋于平缓;(3)随着荷载比的增加,试验梁的抗火性能不断降低;(4)与传统预应力钢筋相比,预应力 CFRP筋更易受到温度的影响,最终试验梁由于CFRP筋的断裂而破坏。因此,对于预应力CFRP筋混凝土构件,应采取有效的防火措施。     

预应力混凝土结构抗火设计构造措施分析

预应力混凝土结构在火灾下的抗火性能可以通过理论计算得到保证，但是如果预应力混凝土结构的构造措施不合理，也将大大降低结构的抗火性能，甚至引起预应力失效。通过非线性有限元计算讨论了保护层厚度和防火涂料对结构抗火性能的作用，并对规范要求的保护层厚度进行了分析，最后对锚固区的耐火设计提出了建议。     

火灾下预应力混凝土结构极限承载力计算方法

预应力混凝土结构多用在大跨、重载结构中,因此预应力混凝土结构的抗火性能应该更加引起人们的关注.在合理假定的基础上,采用二台阶模型作为混凝土高温强度的计算模型,分别对单面和三面受火截面构件的等效截面面积计算公式进行了推导,并通过大量有限元计算得到了不同耐火极限的300℃和800℃等温线的位置.最后对梁的受拉区和受压区位于火灾高温区的情形分别建立了火灾下预应力混凝土受弯承载能力极限状态的计算公式,该公式力学意义明确,具有工程准确度,简易实用.     

高温下钢及组合钢节点有限元建模及基于构件的分析方法

欧洲规范EC3 Part 1-1第5章[1]允许工程师使用一些先进的有限元分析软件来分析和设计钢结构,如线弹性、刚塑性以及二阶弹塑性整体分析.这3种极不相同的分析方法,能够用于简支、半连续以及连续节点模型中[2].节点模型根据刚度的不同,可分为铰接、半刚性和刚性模型;按照强度的不同,可分为铰接、部分强度和全强度模型.尽管大多数的工程问题仅仅要求进行线弹性分析,但仍有一些特殊结构可能要求采用高级分析以降低施工成本,例如底层无支撑钢框架结构.在这种结构中,采用半连续节点(具有半刚度和部分强度特性)进行框架分析,会显著增强结构抵抗名义水平荷载、风荷载、整体缺陷、地震作用时的抗侧刚度和强度,因此在控制的水平荷载下计算的横向侧移可能在EC3允许的范围内.在基于性能的抗火设计中,结构抗火工程师可能想利用钢节点潜在的刚度和强度,尤其是有端板节点的钢结构,这是一种最常见的钢结构施工形式.端板可以是部分深度的,或者是延伸端板,涵盖了名义铰接、半刚性和完全刚性节点模型.本文给出了端板节点高温性能研究的一系列数值分析结果;应用基于构件的方法,建立了这些节点在高温下的力学反应计算公式,以及梁腹板剪应力分量、连接处的拉应力和压应力区城的力学模型.基于构件的方法能够考虑钢节点的热约束效应.对已有钢端板节点试验进行了有限元模拟和基于构件的分析表明,2种方法的分析结果与试验结果的偏差都是可接受的,包括热约束效应.     

混凝土箱梁桥零号块水化热过程分析研究

结合黄沙港大桥工程实际,以箱室内外温度测试数据作为边界条件,根据混凝土水化过程的热传导方程,应用有限元分析程序ANSYS,对浇筑期间预应力混凝土连续箱梁零号块结构的温度场进行了仿真分析,并将仿真计算结果与混凝土连续箱梁的实测结果进行了比较。然后,应用ANSYS软件,采用增量法,动态模拟浇筑过程中水化热温度场变化引起的结构应力变化,得到了施工过程中应力场的时间和空间分布规律。分析表明,由于顶板和底板厚度较薄、内外温差较大,温度引起的残余应力也相对较大,而腹板最终的残余应力较小。因此,应该通过覆盖保温材料,控制厚度较薄的底板和顶板的内外温差,以改善内部混凝土后期受力状况,同时要注意控制预应力张拉时间和张拉力的大小。     

基于Monte-Carlo随机有限元的火灾可靠性研究--以混凝土简支梁为例

通过对建筑火灾的背景分析和研究现状的回顾,指出了进行建筑火灾可靠性研究的必要性.介绍了蒙特卡罗随机有限元计算的基本原理、随机数的产生办法和模拟次数的确定,最后作者采用通用有限元程序ANSYS计算了混凝土简支梁在不同温度、保护层厚度和荷载下的火灾可靠性.     

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型.通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨.结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承载力.该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考.     

钢管再生混凝土柱的耐火极限

介绍了考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系,采用有限元软件ABAQUS对钢管再生混凝土柱进行实体单元建模,模拟火灾作用下该组合柱的力学特性与耐火极限,通过与试验结果的比较验证有限元模型的合理性,并在系统分析各主要参数影响规律的基础上提出钢管再生混凝土柱耐火极限的简化公式。研究结果表明:(1)有限元模拟钢管再生混凝土柱的温度场和耐火极限与实测结果总体符合,验证了提出的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系的正确性;(2)截面尺寸和长细比是影响钢管再生混凝土柱耐火极限的主要因素;(3)简化公式计算钢管再生混凝土柱的耐火极限与试验结果吻合较好。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

混凝土简支梁设计基准期内的可靠度

根据统计资料对不同类型建筑在不同防火措施下发生火灾的概率研究,得出了各类建筑达到轰燃的概率.基于蒙特卡罗随机有限元方法,引入材料高温本构关系、截面尺寸和计算模型系数等的变异性,按照ISO标准升温曲线升温,给出了单构件轰燃下的失效概率计算方法.最后,将设计基准期内建筑物达到轰燃的概率与单构件轰燃下的失效概率组合,给出了设计基准期内建筑构件在火灾下的失效概率公式.     

高温后足尺有粘结预应力混凝土梁板力学性能研究

针对足尺有粘结预应力混凝土梁板高温后的抗弯承载力开展了非线性计算分析.结果表明,综合配筋指标、有效预应力对高温后极限弯矩与常温下极限弯矩比值MAu /Mu的影响不大,预应力度和预应力筋的保护层厚度对MAu/Mu影响显著.高宽比近似相同的有粘结预应力混凝土梁,当第一排钢筋的保护层厚度相同时,受火时间为3h,高度为700mm的梁高温后截面承载力下降幅度最大约为30％,高度为4500mm的梁高温后截面承载力下降幅度不到10％,高温后大尺度梁的力学性能优于小尺度梁.给出了考虑预应力筋保护层厚度和预应力度影响的有粘结预应力混凝土板MAu/Mu的计算公式,以及综合考虑预应力筋、非预应力筋合力点到梁底距离和预应力筋梁侧保护层厚度影响的有粘结预应力混凝土梁MAu/Mu的计算公式.