基于不同破坏准则的火灾下钢筋混凝土板可靠性评估∗

为探究火灾下钢筋混凝土板的可靠性,计算了基于不同破坏准则下的可靠指标并进行对比评估。提出了一种随机有限元模型,考虑了火灾荷载与混凝土板设计中的多种随机参数,对钢筋混凝土板火灾下的热力学反应开展概率分析。首先,利用 ABAQUS 有限元软件对混凝土板建立精细化模型,将数值模拟结果与火灾试验数据进行对比验证。接着,利用 abaqus@python 脚本,结合 LHS 法抽样处理随机参数并生成随机模型,循环运算得到随机钢筋温度曲线、背火面温度曲线与跨中挠度曲线。最后,基于 MATLAB 蒙特卡洛法计算得到失效概率与可靠指标。 结果表明：提出的随机有限元模型能有效评估火灾下钢筋混凝土板的可靠性;以挠度变形为依据的破坏准则高估了钢筋混凝土板的临界温度;正常设计的钢筋混凝土板耐火极限为 90 min 的可靠指标为 1.88,评估火灾下钢筋混凝土板可靠性时需要考虑火灾发生的频率。     

火灾后空间混凝土框架结构的受力性能模拟

为了分析火灾后空间混凝土框架结构损伤、修复和加固后的力学性能,基于纤维单元模型和分层壳单元模型,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,将板沿截面厚度方向划分成多个层,可以考虑各个构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤或修复、加固后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python脚本语言对其进行二次开发,建立混凝土框架火灾受损分析系统(ASFCF)。进一步以一个多层多跨空间混凝土框架结构为例,利用该系统对框架在受火损伤、修复和加固后的力学反应进行了研究和对比分析。结果表明,ASFCF系统可以较为准确地进行火灾后空间混凝土框架的损伤、修复与加固后的力学性能分析。研究成果可作为评估混凝土整体框架结构火灾后的残余力学性能及修复、加固后的力学性能的理论参考。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的抗爆性能数值分析

为研究高强钢绞线网-聚合物砂浆加固混凝土板的抗爆能力,用混凝土HJC动力本构模型,建立了混凝土板、炸药及考虑空气介质影响的流固耦合有限元计算模型。用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对在爆炸荷载作用下加固前、后混凝土板的破坏形态和抗爆性能进行了数值分析。研究结果表明:混凝土板用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固后,抗爆炸冲击能力明显提高。当小药量爆炸时,板顶、板底同时加固的效果明显优于板底单一加固;当药量较大时,板顶、板底同时加固的效果与板底单一加固相差不大。     

火灾损伤后钢筋混凝土梁的碳纤维布加固试验

将碳纤维布加固技术应用于钢筋混凝土结构火灾损伤后加固的研究还不多.根据受火灾作用后钢筋混凝土梁性能变化的特点,设计了用碳纤维布加固的试验方案.试验结果表明,加固后能明显提高梁的承载能力,碳纤维布加固是一种有效的实用方法,所得结果为火灾作用后混凝土结构的加固设计提供了技术依据,可供同类结构受火灾高温作用后的加固参考.     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

火灾中均布荷载作用下钢筋混凝土方板的极限分析

本文利用有限差分法确定了火灾时钢筋混凝土板的温度分布，并基于塑性铰线理论确定了火灾时钢筋混凝土方板的破坏机制，根据高温下混凝土和钢筋的力学性能对火灾过程中塑性铰截面的弯矩及板的极限荷载进行了分析，可为建筑结构的耐火设计提供依据。     

火灾下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接的力学性能

为了研究钢管混凝土框架梁柱半刚性连接的抗火性能,利用ABAQUS软件进行了火灾作用下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点的热力耦合性能的数值模拟。确定了高温下钢材和核心混凝土的材料本构关系模型,建立了考虑楼板影响的钢管混凝土框架外伸端板连接节点的有限元计算模型,对三面受火和外荷载共同作用下节点的受力全过程进行了分析。详细分析了荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度、材料特性、构件几何尺寸等参数对节点耐火极限的影响。结果表明,荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度和钢梁截面高度对组合节点耐火极限的影响较显著。该研究结果将为火灾下半刚性钢管混凝土框架的设计理论提供科学依据。     

火灾后钢筋混凝土损伤程度的灰关联分析

由于火灾对钢筋混凝土结构的影响存在不确定性,使得人们不能准确地确定火灾后钢筋混凝土结构的损伤程度,给评估和加固修复带来很大困难。本文运用灰色系统理论中灰关联分析数学模型定量分析了高温下钢筋混凝土梁的3种影响因素,并确定了各因素间的主次关系,为高温后钢筋混凝土结构的安全评估及修复加固提供了理论依据。     

火灾下型钢混凝土柱的受力全过程分析北大核心CSCD

实际结构从正常使用到遭受火灾作用,至火灾后进行维修加固,其结构受力经历了常温、升温、降温和火灾后4个阶段(简称结构受力全过程)以及火灾升、降温作用阶段(简称火灾作用全过程)。基于上述结构受力和火灾作用的全过程,建立了全过程火灾作用下型钢混凝土柱力学性能分析的有限元模型,分析了全过程火灾作用下型钢混凝土柱的温度—时间关系、轴向荷载—位移关系和截面内力分布等。研究结果表明,不考虑外荷载和火灾升、降温共同作用得到的火灾后剩余承载力和对应的峰值位移结果偏于不安全;在结构受力全过程和火灾作用全过程中,型钢混凝土截面各材料之间发生了应力重分布。     

混凝土楼板在火灾下局部开裂破坏的有限元模拟

火灾中钢框架结构的混凝土楼板在高温下会发生大变形,导致楼板中存在非常显著的局部裂缝。这种局部裂缝会导致钢筋直接暴露在火中,削弱楼板的"膜效应",因此显著降低楼板乃至整体结构的耐火极限。鉴于此,采用扩展有限元方法来模拟楼板中的局部裂缝,编制了可同时预测楼板在火灾下的整体性能(变形和耐火极限)和局部破坏(局部裂缝开展)的非线性有限元程序。数值计算结果表明,本文的有限元程序可较好的预测火灾下局部裂缝在楼板中的开展并可有效预测其裂缝宽度,从而提供了一个可同时评估楼板整体抗火性能和局部开裂破坏的有效工具。     

不同约束方式下钢筋混凝土短柱火灾后(下)力学性能的试验研究

为研究钢筋混凝土短柱在相邻构件约束条件下,并经荷载和火灾共同作用后的力学性能,开展了18根受不同约束方式作用的钢筋混凝土短柱火灾后(下)力学性能的试验研究。获得了火灾后(下)钢筋混凝土短柱的剩余承载力、剩余轴压刚度、荷载—轴向变形关系曲线,分析讨论了约束方式、标准升温时间及荷载比等对火灾后钢筋混凝土短柱力学性能的影响。研究结果表明,火灾下和火灾后钢筋混凝土柱试件的破坏模式类似,但后者的混凝土表面裂纹以及剥落较前者严重;不论是火灾下还是火灾后,恒刚度约束的试件破坏较恒荷载约束严重;且恒荷载约束条件下得到的试件耐火极限大于恒刚度约束条件下得到的耐火极限。     

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栽力。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。     

轻骨料混凝土组合楼板的火灾响应及火灾后性能研究

对一组具有不同参数的轻骨料混凝土组合楼板开展了火灾响应及火灾后承载力试验研究。试验用轻骨料为一种烧制陶粒,楼板的制作主要考虑了板厚的变化及栓钉的设置。对承载条件下的4块简支陶粒混凝土组合楼盖进行了火灾行为试验,分别得到了其火灾响应温度及位移响应。为了考察该类组合楼盖火灾后的受力性能,进一步进行了火灾后的承载力试验研究,并与一块未受火灾作用的楼盖进行了对比试验。结果表明,增加楼板厚度不仅能提高轻骨料组合楼板的抗火性能,也能提高其在火灾后的承载力。但是,在楼板内部设置焊接栓钉会减弱组合楼板的抗火性能,降低组合楼板在火灾后的承载力;压型钢板-陶粒混凝土组合楼盖受火后整体刚度虽然有明显下降,但仍具有较高的承载力,且塑性性能良好;陶粒混凝土组合楼盖的热响应温度沿楼板板厚方向的变化呈明显的非线性,但可近似为两个线性变化段。     

填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙性能试验研究

建立了填充粘弹性材料的开缝钢筋混凝土剪力墙的力学模型,基于通用有限元软件ABAQUS,对具有不同形式的钢筋混凝土剪力墙进行了数值模拟,通过对其在相同加载速率下的弹塑性分析,探讨了开缝填充粘弹性材料的剪力墙和整体墙、开缝墙的性能,以及粘弹性材料缝的尺寸等因素对剪力墙性能的影响.试验结果表明,开缝后填充粘弹性材料,在剪力墙...     

基于简化分析方法的混凝土高温爆裂数值模拟∗

介绍了混凝土高温爆裂剥落理论及影响因素,结合国内外混凝土高温爆裂剥落研究成果提出一种简化分析方法,利用CAD-VBA二次开发生成混凝土细观几何模型,采用ADINA非线性分析软件建立热力耦合有限元模型,模拟高温下混凝土结构的爆裂剥落过程,并分析了混凝土高温爆裂剥落的主要影响因素。研究结果表明:(1)距离受火边界越近,爆裂损伤程度越高;(2)高温爆裂一般发生在距离受火边界0～5 cm范围内的水泥浆体上,混凝土结构(二维)发生爆裂剥落的面积占结构总面积的比例较小;(3)随着受火边界(面)数量、加热速率的增加,孔隙水蒸汽压力、混凝土强度等级、骨料热膨胀系数的增大,结构场外荷载的施加,混凝土结构发生爆裂剥落所需的时间减少;(4)受火边界(面)数量、结构场外荷载、混凝土强度等级对爆裂剥落的损伤程度影响较小,加热速率、孔隙水蒸汽压力及骨料热膨胀系数对爆裂剥落的损伤程度影响较大。     

智能组件技术在智能变电站中的应用

预应力混凝土板因具备自重轻、跨度大等特点,广泛应用于建筑结构和桥梁结构中。但是,当这种结构受到火灾荷载作用时,其承栽能力就会大幅下降。在高温下,混凝土和预应力筋的力学性能都会劣化,进而造成板的大挠度变形甚至破坏。本文对后张无粘结简支预应力板建立了数值分析模型,其中混凝土和预应力筋采用实体单元模拟,受力筋和分布钢筋采用桁架单元模拟。模型中材料的力学特性和热工特性参数取自文献[15]。采用文献中的试验结果验证了该数值模型的可靠性,并进一步研究了混凝土受热膨胀系数、板的不同区域受火和不同的火灾场景等因素对火灾荷载作用下后张无粘结预应力混凝土简支板的挠度以及预应力的影响,得出了初步结论。     

压缩空气下FRPC能源桩承载特性分析

可再生能源储存系统是利用钢筋混凝土桩基础来储存由太阳能板产生的可再生能源,可再生能源以压缩空气的形式储存在空心截面的桩基内,桩基础作为上部结构的承载结构,不仅要承受上部结构荷载,还要承受土体的反作用力和压缩空气的压力。然而,混凝土在拉应力作用下易产生裂缝,导致钢筋混凝土桩储存能源的使用性能和耐久性受限。为了克服传统钢筋混凝土能量桩的这些缺陷,针对各种FRP(Fiber Reinforced Polymer)-混凝土复合桩基础储能和承载的双功能进行研究。综合考虑结构荷载、土体的反作用和压缩空气热动力循环引起的内部空气压力的共同作用,对多种形式的复合能量桩基础体系的适用性进行了综合有限元分析。研究表明,内侧和外侧的FRP管可以有效提高使用性能和耐久性,相对于钢筋混凝土桩,FRPC管桩的使用可靠性和耐久性性能更高。     

高温下钢筋混凝土中框架的变形研究

基于三维瞬态温度场和二维平面有限元力学模型，编制了钢筋混凝土框架结构高温反应的全过程分析程序；利用前人的试验结果，程序的正确性得到了验证。选取一榀单层3跨的钢筋混凝土中框架。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，定性给出了部分控制点位移随时间的变化规律。     

飞机模型撞击SC靶板的数值模拟分析∗

相对于钢筋混凝土(RC),钢板混凝土(SC)结构由于其优异的抗冲击性能和密闭性能,越来越多地应用于核电站安全壳结构中。基于有限元程序LS-DYNA对1/7.5缩尺飞机模型撞击SC靶板实验进行数值模拟,分别采用KC、Winfrith和CSCM三种模型描述混凝土材料,通过详细对比飞机模型撞击过程和速度衰减时程、靶板损伤和最大挠度以及引擎破坏的实验数据和数值仿真结果,验证了Winfrith模型的适用性。进一步讨论了撞击速度、钢板厚度、混凝土强度和栓钉强度对飞机模型速度时程和靶板破坏的影响。结果表明钢板厚度和栓钉强度对SC结构抗飞机撞击性能影响较大,而混凝土强度影响较小。相关结论可为飞机撞击下核安全壳的损伤破坏分析与结构设计提供一定的参考。     

绿色高性能水泥基复合材料加固火损RC柱抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料是一种用大掺量粉煤灰替代水泥的改性工程水泥基复合材料,具有优异的延性与抗震耗能能力。为解决火灾后RC柱抗震等问题,提出采用GHPFRCC材料加固方法。对采用GHPFRCC材料加固RC柱进行拟静力试验,并采用OpenSees有限元软件进行数值模拟,通过对比模拟结果与试验结果,验证有限元分析的可靠性。结果表明:滞回曲线、骨架曲线的试验值和模拟值整体吻合,极限承载力的偏差不大;与未加固RC柱相比,经过加固后的RC柱变形能力明显增加,加固后极限承载力提高26.63%,极限位移提高12.5%,后期水平荷载退化速率降低,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优秀。同时使用OpenSees进行参数分析可知,为了保证RC加固柱的延性与承载力,必须控制轴压比,建议GHPFRCC置换高度大于1/3柱高。