火灾后内配H型钢的矩形钢管混凝土柱剩余承载力有限元分析

该文采用ABAQUS有限元软件建立了火灾后内配H型钢的矩形钢管混凝土柱模型,计算了常温下与火灾后该构件的轴向荷载-位移关系曲线,对火灾后的受力性能进行了分析;此外与相同含钢率的钢管混凝土柱构件火灾后剩余承载力进行了对比,发现内配型钢钢管混凝土柱剩余承载力较钢管混凝土柱得以增强,且构件延性优于钢管混凝土;同时对比了强、弱轴两种加载方式下该类构件火灾后剩余承载力,最后对影响火灾后该类构件剩余承载力的主要因素进行了参数分析,发现升温时间、截面周长和长细比对其影响较为显著。     

工业建筑可靠性检测鉴定技术讲座(十五)

1 检测目的 结构构件工作应力状态检测是指采用应力测试方法,测量已有建构筑物结构构件在实际荷载作用下的各构件的真实应力状态,找出最大应力位置和数值,测定构件在工作过程中所受载荷大小及方向,在已知构件材料强度的条件下,对各构件的实际承载能力和可靠性作出评价。 结构构件工作应力状态检测与应力分析理论相结合,还可以解决一些复杂结构的内力分析问题,查找结构构件破坏、失效的原因,确定危险结构构件。 因此,结构构件工作应力状态检测是建构筑物可靠性检测评价主要内容之一。     

均匀火灾温场下隧道管片受力分析

对于以盾构方式修建的地铁,其隧道管片是主要的受力构件。在以热辐射为主的火灾中,会形成比较均匀的温度场。由于管片受热均匀,整周管片内部将产生均匀的热力荷载,加之地应力荷载使其应力分布更为复杂。使用FLAC3D模拟在以热辐射为主的火灾中,管片应力分布和变化特征。根据温度不同材料性质不同的客观事实,在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确。分析结果表明:最大水平压力上升比较快,1000℃时其比最大竖向压力大30%。最大值的位置分别对称于经过隧道轴线的水平和竖直面。总位移在400℃后明显增加,最大位移一般在隧道左右两侧。     

方中空夹层钢管混凝土柱火灾后剩余轴压承载力

为探究影响方中空夹层钢管混凝土火灾后剩余轴压承载力的因素,利用ABAQUS有限元软件,建立方中空夹层钢管混凝土的温度场和力学场分析模型。通过建模分析,可以得出以下结论:计算长度、空心率、受火时间、钢材强度、混凝土强度、荷载偏心率是影响方中空夹层钢管混凝土火灾后剩余轴压承载力的主要因素,其影响规律为:方中空夹层钢管混凝土柱剩余承载力随计算长度、空心率、荷载偏心率、受火时间的增加而降低;随混凝土强度和钢材强度的增加而增加。在参数分析结果的基础上,给出了该类构件火灾后剩余轴压承载力的简化计算公式,该公式的精度较高,与数值程序计算结果相近,可为此类构件火灾后剩余承载力计算提供参考。     

高速列车运行中火灾状态结构安全分析

为了分析高速列车火灾时在紧急制动以后运行的安全性,选取列车在隧道内运行的场景,通过FDS软件模拟得到火灾后车体内温度场,基于一维热传导理论得到车体结构的温度场分布,在车体结构材料本构中考虑高温对强度及刚度的弱化影响,通过ABAQUS计算列车在最大压缩载荷和拉伸载荷作用下的应力分布和垂向位移。通过分析得到车体大面积温度在500℃左右;最大压缩载荷下车体底架前部构件出现断裂失效,底架中间出现裂纹,中间的垂向位移在42～80 mm之间,最大拉伸载荷下车体损伤略小,车体未出现断裂,底架前部和中间的垂向位移在40～50 mm范围内;底架中间高温是导致断裂失效的最主要原因,在隔热设计中需要对此重点考虑。     

火灾下圆钢管约束钢筋混凝土短柱轴压性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾下轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了环境温度、混凝土强度、钢管屈服强度、截面尺寸、含钢率等参数对火灾下轴压性能的影响规律。结果表明:火灾下各试件核心混凝土纵向应力发展规律较为相似,且应力分布趋向均匀;环境温度对试件轴压刚度的影响大于极限承载力,材料强度对极限承载力的影响较大,增大钢管含钢率可一定程度提高试件轴压刚度;提出了火灾下此类试件极限承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。     

火灾下匀质防火保护钢构件温度计算(II)：实际火灾环境计算

目前各国规范给出的计算火灾下有匀质防火保护的钢构件温度的公式都是基于标准火灾环境得到。标准火灾只包含升温段而实际火灾包括升温段和降温段。考察了将现有公式用于实际火灾环境计算的有效性。通过工况分析,考察了不同火灾、不同厚度、不同截面和不同防火涂料情形下的钢材温度。通过与有限元分析的结果比较,我国规范推荐的公式给出的钢材温度与有限元结果符合最好。研究同时表明欧洲规范中使用的避免升温早期负钢材温度增量的方法,即升温段当计算得到的钢材温度为负值时取增量为0,会引起最高钢材温度和降温段钢材温度的偏高,不适用于实际火灾环境计算。综合而言,我国规范最适用于实际火灾环境计算。     

火灾下钢框架结构热-力耦合模拟与性能分析

基于"自然火灾安全概念"(NFSC)的基本思想,提出了火灾下钢结构热-力耦合模拟方法。利用ANSYS的参数化设计语言,建立了ANSYS软件与OZone火灾分析软件的数据接口,实现了火灾分析软件与大型有限元软件的耦合运用。基于火灾模拟软件OZone的分析结果,利用APDL语言,对钢框架结构进行了真实火灾场景下的热-力耦合模拟。研究表明:钢框架结构在真实火灾场景下,受非均匀变热流影响,结构内部将产生热应力梯度和应力牵移现象;同时钢框架中钢梁固接时,火灾初期变形较小,当达到某个关键时间点后将开始大的变形破坏,其主要原因是钢框架内部产生塑性铰,即钢梁由固接变为铰接,释放了对钢梁的约束。     

基于API极限工况下修井机井架强度计算研究

为研究井架在复杂工况下的强度与安全问题,以现场使用的350型修井机井架为研究对象,采用数值模拟对井架进行参数化建模;按照极限作业工况下24种组合载荷对井架进行强度分析,得出操作工况、非预期工况和可预期工况下井架的最大变形和应力云图;提取计算井架构件UC值的相关数据,对井架进行强度、刚度和整体安全性校核。结果表明:井架在常规风力作用下,最大钩载作业工况为其主要受力工况,此时井架最大等效应力小于许用应力,可满足安全需求;在相关工况中,井架的最大等效应力集中出现在上下体连接处、二层台和底部大腿处,计算井架构件各工况下的UC值均小于许用最大UC值,表明井架结构综合强度足够,满足API标准使用要求。     

L型钢管混凝土芯柱耐火极限研究

火灾高温对结构安全有显著影响,为研究等肢L形钢管混凝土芯柱的耐火极限及其影响因素,利用ABAQUS软件建立合理的高温反应分析模型,在验证模型可靠性基础上,分析了荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、含钢率等对L形钢管混凝土芯柱耐火极限的影响。研究结果表明:在一定参数范围内,荷载比和截面边长是构件耐火极限的主要影响参数,荷载比越小,截面边长越大,构件的耐火极限越高;长细比和荷载偏心率对其影响较大,长细比和荷载偏心率越小,构件的耐火极限越高;含钢率对其影响不显著。结果可为异形钢管混凝土芯柱的抗火安全设计提供参考。     

火源位置对轻型门式刚架竖向位移的影响

为探究总火源功率相同时,两个火源相对位置变化对轻型门式刚架竖向位移的影响规律,采用经实验验证过的有限元方法对其进行瞬态非线性热-结构耦合数值模拟,研究了大功率火灾下单个火源、两个火源位置变化对门式刚架的温度分布以及竖向位移的影响。结果表明:保持火灾总功率30 MW不变时,在单一火源作用下火源位于跨中时刚架位移最大,在两火源作用下,15 MW-15 MW的火源组合最危险、刚架的破坏时间随火源相对距离的增大而增大,功率较大的火源位于临界位置比功率较小的火源位于临界位置有利。且功率较大的火源位于临界位置时,火源相对位置变化对刚架竖向位移的影响不显著,而功率较小的火源位于临界位置时, 影响显著。     

受火方式和防火层对梁柱全焊节点抗火性能影响分析

梁柱节点作为钢结构的重要组成部分,在火灾下极易遭到破坏。全焊节点具有较好的塑性变形能力,且抗震性能较好,在高烈度地震地区广泛应用。采用有限元法对梁柱全焊节点抗火性能进行数值模拟,研究不同受火方式下全焊节点的力学行为,揭示不同受火方式时梁柱各节点处温度变化规律,并对比分析有无防火层对全焊节点温度的影响规律。研究结果表明:不同受火方式对全焊节点温度影响较大。节点全部受火时节点各处温度变化曲线基本接近,结构各部位温差较小,整体处于高温状态;梁柱两面受火时受火面温度马上升高,远离受火位置的节点温度升高缓慢,节点各处温差较大。将节点全部受火与不受火进行对比发现,节点全部受火时节点各处应力明显大于不受火情况,温度升高使节点承载能力下降。在柱内壁和梁下侧施加防火层,升温最快的是防火层区域,且有防火层区域节点温度整体低于无防火层节点,对节点施加防火层可以有效降低整体结构升温。     

截面温度非均匀的防火装饰一体化钢梁的抗火性能分析

基于ANSYS软件建立了细石混凝土半填充、细石混凝土全填充和加气混凝土砌块填充三种防火构造的分析模型,探究了截面温度非均匀分布对防火装饰一体化钢梁的温度场和剩余承载力的影响,分析了钢梁上下翼缘及腹板参数对构件抗火性能的影响。结果表明,翼缘宽度的增大会明显降低钢梁的剩余承载力,翼缘厚度的增加会导致钢梁承载力略有下降,钢梁高度的变化对剩余承载力影响不大。给出了防火装饰一体化钢梁剩余承载力的简化计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合情况较好。     

火灾作用后RC简支梁抗弯承载力试验研究和可靠度分析

建筑物发生火灾后 ,结构的力学性能如何变化一直是研究人员普遍关注的热点问题。但是火灾对建筑物的影响因素较为复杂 ,这些问题至今还没有得到很好的解决。笔者通过试验研究了 11根三面受火钢筋混凝土简支梁在不同初始荷载和配筋下的火灾后抗弯承载力和可靠度 ,并进行了比较。试验结果表明 :在其他条件相同仅配筋不同时 ,钢筋配置适当增加 ,火灾后抗弯承载力下降减少 ,钢筋混凝土梁的抗火能力增强 ;在其他条件相同仅初始荷载不同时 ,初始荷载增加 ,抗弯承载力下降增加 ,火灾后可靠度的下降幅度也增加。试验研究为钢筋混凝土梁的抗火设计和火灾后的修复和加固提供了参考依据。     

单面受火的方中空夹层钢管混凝土短柱耐火极限

为研究单面受火的方中空夹层钢管混凝土短柱耐火极限,在合理选择材料本构关系和边界条件的基础上,利用ABAQUS软件建立了高温下方中空夹层钢管混凝土短柱温度场和力学场分析模型,通过与试验数据对比验证,结果吻合良好。基于此模型,对不同的混凝土强度、钢管强度、内钢管厚度、空心率、荷载比进行耐火极限参数分析,并定量给出计算此类构件耐火极限的简化公式。研究结果表明:荷载比是构件耐火极限的主要影响参数。荷载比越大,构件的耐火极限越小。     

局部火灾条件下某钢结构屋架的抗火保护研究

本文针对局部火灾条件下钢结构屋架的防火保护问题,结合典型案例提出了一种基于性能计算分析的抗火保护设计评估分析方法.首先通过火灾场景分析及烟气运动模拟计算,得到钢结构屋架所处的热环境,再计算各构件在不同保护条件下的温升及应力分布,并判断构件及结构在不同的保护方式下是否失效,最后得到经济合理的保护区域和防火涂层厚度.该方法可以为类似的局部火灾条件下钢结构抗火保护提供参考.     

相对两面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限

在已有设计与实践中,较多关注四面均匀受火的钢管混凝土柱耐火极限的研究。但是通常在实际火灾中,钢管混凝土柱常出现相对两面受火这种非均匀受火情况,且该受火情况下钢管混凝土柱的受力机理与抗火性能与均匀受火情况有所不同。因此以方中空夹层钢管混凝土短柱为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立了方中空夹层钢管混凝土短柱在相对两面受火情况下的抗火分析模型,利用试验验证后的模型对构件耐火极限的影响因素进行了分析,分析结果表明:荷载比是影响方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为荷载比越大,耐火极限越小。基于参数分析结果,回归了相对两面受火方式下的构件耐火极限简化计算公式,为以后对此类构件耐火极限的研究提供参考。