考虑高温蠕变影响的钢梁抗火性能

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中钢梁的变形和受力性能。为了定量确定高温蠕变对钢梁抗火承载力的影响,建立了考虑高温蠕变的钢梁有限元分析模型。采用约束钢梁抗火试验数据对模型进行了验证,结果吻合较好。进而采用该模型对钢梁在火灾下的承载力进行了分析,得到了钢梁的抗火承载力与温度和时间的关系,并提出了钢梁高温承载力实用计算方法。研究表明:钢材的高温蠕变对钢梁抗火性能具有较大影响;钢梁在高温下承载力随时间变化十分显著;对耐火极限要求较低的钢梁,传统的高温承载力计算方法偏于保守;而对耐火极限要求较高的钢梁,传统的高温承载力计算方法偏于不安全。     

考虑蠕变的约束钢梁简化抗火设计方法

高温荷载作用下钢材产生明显的蠕变变形,对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。为定量确定高温蠕变对约束钢梁抗火承载力的影响,利用ANSYS建立了考虑蠕变的约束钢梁有限元分析模型。与试验数据对比发现:仅仅通过应力应变关系考虑蠕变不能较好地模拟约束钢梁中蠕变的发展,而采用Poh模型的应力应变关系并考虑蠕变与试验数据吻合最好。利用验证后的分析模型进行参数分析,发现转动约束刚度、屈服强度、升温速率和跨高比等都对约束钢梁的临界温度有明显的影响。《建筑钢结构防火技术规范》给出的约束钢梁抗火设计方法未充分考虑这些参数的影响。对参数分析的结果进行回归分析,给出了适用的考虑蠕变的约束钢梁抗火简化计算方法。     

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种荷栽比、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。     

三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。     

三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析北大核心CSCD

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。     

火灾作用下单层球面网壳的非线性有限元分析

基于高大空间建筑火灾作用下的空气升温实用公式,按照欧洲规范规定的火灾高温作用下钢材的材料特性,考虑了温度对钢材特性的影响以及钢材屈服后的强化特征,对一凯维特单层网壳结构在火灾作用下的性能进行了非线性有限元分析,研究其在不同局部火灾作用下的温度场分布和位移特征,以及不同火源影响的最不利位置。结果表明:网壳结构在所有设计火源模型下的极限耐火时间都在20～30min左右;对于结构极限耐火时间,火源位置的影响大于火源面积的影响;结构中心向外延伸的第1环到第3环之间的区域,是结构抗火的薄弱部位。     

火灾下约束钢柱临界温度的参数分析

利用经实验验证过的ABAQUS有限元模型对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱进行了参数分析。以钢柱的屈曲温度和临界温度作为主要的评价指标,主要考虑了轴力荷载比、弯矩荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、长细比和钢柱端部弯矩比等参数的影响,并且对不同参数之间的耦合性进行了分析。参数分析结果表明,轴向约束刚度的增大将会明显降低约束钢柱的屈曲温度,但是对其临界温度的影响相对较小;端部弯矩比对钢柱的临界温度影响很小;当钢柱的轴力荷载比和弯矩荷载比较小、轴向约束刚度比和长细比较大时,考虑屈曲后性能可以显著提高钢柱的抗火能力。     

单边螺栓T型节点火灾高温下抗拉性能

通过有限元方法研究了单边螺栓T型节点在火灾高温下的拉伸性能。用常温下节点拉伸试验对有限元模型进行了验证,结果表明该有限元模型可准确模拟单边螺栓T型节点的拉伸性能。采用恒温加载的方式,研究了T型构件翼缘板厚度和火灾高温对节点抗拉性能的影响。T型翼缘板厚度分别取6、18、27mm,温度分别取常温至800℃共8种不同温度,并且通过改变材性考虑不同温度对钢材强度和刚度的折减。将不同T型翼缘板厚度和温度下节点的破坏模式、抗拉强度及刚度进行比较,得出了翼缘厚度和温度对其抗拉性能的影响,进而得出该单边螺栓T型节点在火灾作用下的拉伸性能。研究结果表明,该单边螺栓连接方式,在火灾下可以提供足够的锚固力,适用于闭合截面钢构件,如钢梁和钢管柱之间的连接。     

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。     

钢管混凝土组合柱在标准火与真实火中的行为比较

以实际工程中常用的钢管混凝土组合柱为研究对象,通过ABAQU S大型有限元软件模拟钢管混凝土组合柱在标准火和真实火中的截面温度分布、应力、变形、破坏形态、耐火极限等力学行为。其中标准火选用ISO-834标准火模型,真实火采用欧洲规范Eurocode 1 Part 1-2中的参数火模型来近似模拟真实火灾的温度—时间关系。研究发现,钢管混凝土柱在两种火场环境中的行为差异很大,真实火中的冷却过程对钢管混凝土的破坏起重要的影响。基于本研究,还初步得到火灾过程中环境温度的升温速度、柱火灾荷载比等对钢管混凝土组合柱的抗火性能的影响。     

考虑支座约束影响的网架结构抗火性能

在研究高温下钢材物理性能和力学性能的非线性变化对网架结构承载力影响的基础上,进一步考虑支座约束对网架结构抗火性能的影响.采用温度增量加载方法对受支座约束的网架结构在非均匀温度场巾的力学反应全过程进行了分析,得到了网架结构在大空间建筑火灾升温过程中达到承载力极限状态时的临界温度.在对影响临界温度的参数进行分析的基础上,得出了支座约束刚度、网架结构抗剪刚度与整体抗弯刚度比、荷载比、温度场非均匀程度及网架结构平面几何尺寸对网架结构临界温度的影响规律,并提出了考虑支座约束影响的正放四角锥网架结构临界温度的实用计算方法.     

钢管混凝土叠合柱非均匀受火性能研究

以往对柱构件抗火性能的研究都是以四面均匀受火为前提的,但工程实际中还可能会遇到单面、两面、三面等非均匀火灾。因此,针对钢管混凝土叠合柱在非均匀受火条件下的性能展开了系统的研究。首先选取了高温下钢材和混凝土合理的热工参数、热力学本构模型,然后借助ABAQUS有限元分析软件,分别建立了钢管混凝土叠合柱的热分析模型和力学分析模型,并用已有试验数据进行了验证,二者吻合良好。最后对非均匀受火条件下钢管混凝土叠合柱的温度分布、破坏形态、内力变化以及钢管与内外混凝土的相互作用等进行了深入细致的分析,为揭示其在非均匀受火条件下高温破坏的内在机理及合理设计该类构件提供参考。     

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。     

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。     

调度自动化系统实时信息分层分流构建

火灾作用下混凝土构件的承载能力总体不断下降且具有明显随机性,采用抗火可靠指标可较好地评估构件的火灾安全性。本文针对混凝土轴压柱的高温承载能力极限状态,考虑材料强度变异性导致的柱高温极限承栽力的随机性,以及高温下柱荷栽效应组合的随机性,采用JC法计算给出了ISO834标准升温曲线作用下不同受火时间对应的柱抗火可靠指标,讨论了主要参数对该可靠指标的影响规律;并根据我国现行建筑防火规范,通过分析和参照对比,初步提出了混凝土轴压柱抗火可靠指标的目标建议值。研究认为:(1)截面尺寸越小,柱抗火可靠指标随受火时间增加而下降的速率越快;(2)现行规范给出的截面(200×200)mm、(240×240)mm、(300×300)mm 3种柱在各自耐火极限时刻的抗火可靠指标较为接近,但截面(370×370)mm柱的抗火可靠指标却明显偏低;(3)混凝土轴压柱的目标抗火可靠指标建议取为1.6。     

钢框架厂房火灾后的破坏形态

端部约束不同的构件在火灾中的破坏形态不同,研究整体结构构件在火灾中的破坏形态,可以为钢结构抗火研究与设计提供依据。某钢结构框架厂房发生火灾,大火历时3个多小时,火场最高温度达1000°C以上。火灾后,框架梁均有不同程度的破坏,钢梁端部下翼缘屈曲破坏较普遍;由于钢梁顶没有设置抗剪键,钢梁与顶部的混凝土现浇楼板脱开,火灾后残留有较大的挠屈变形;钢柱在火灾后未有明显的破坏现象,但有侧向变形产生。这些现象与实验室中标准试验的结果不同。     

大长细比约束杆件屈曲后承载力简化计算方法北大核心CSCD

大跨度建筑空间中的火灾属于局部火灾,局部受火的网架结构由于其整体性会产生杆件间的约束效应,实际工程中网架结构的杆件长细比往往大于钢框架柱。目前对于网架结构中的约束杆件屈曲后承载力未见研究报道。根据假定的高温下约束杆件的变形形态建立内外力平衡方程,提出考虑初弯曲的网架结构中轴向约束杆件屈曲后轴力的简化计算方法,得到受火全过程轴力—温度的关系曲线,并发现初弯曲会使得长细比较大的约束杆件的应力增长速率明显减小。通过ABAQUS软件对网架结构中轴向约束杆件受火力学反应全过程进行了数值模拟,本文提出的简化计算方法与数值模拟结果吻合较好,为进一步分析网架杆件屈曲后承载力对整体结构抗火性能的贡献提供了理论依据。     

大长细比约束杆件屈曲后承载力简化计算方法

大跨度建筑空间中的火灾属于局部火灾,局部受火的网架结构由于其整体性会产生杆件间的约束效应,实际工程中网架结构的杆件长细比往往大于钢框架柱。目前对于网架结构中的约束杆件屈曲后承载力未见研究报道。根据假定的高温下约束杆件的变形形态建立内外力平衡方程,提出考虑初弯曲的网架结构中轴向约束杆件屈曲后轴力的简化计算方法,得到受火全过程轴力—温度的关系曲线,并发现初弯曲会使得长细比较大的约束杆件的应力增长速率明显减小。通过ABAQUS软件对网架结构中轴向约束杆件受火力学反应全过程进行了数值模拟,本文提出的简化计算方法与数值模拟结果吻合较好,为进一步分析网架杆件屈曲后承载力对整体结构抗火性能的贡献提供了理论依据。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明:增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

约束PEC柱(绕强轴)的耐火性能及影响因素分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了ISO-834标准升温条件下四面受火约束部分包裹混凝土(PEC)柱抗火分析有限元模型,应用已有的约束PEC柱抗火试验数据,验证了模型的合理性。应用上述模型,分析了轴向约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸等参数以及弯矩分布模式对约束PEC柱抗火性能的影响。结果表明:约束PEC柱(绕强轴)的轴向变形和轴力变化系数都呈现出先逐渐增大然后逐渐降低,最后以较大速率持续降低的趋势;截面边长和弯矩分布模式对约束PEC柱轴向变形和轴力变化系数的影响不显著;荷载偏心率对柱的轴向变形影响较小;轴向约束刚度比越小或荷载比越小,轴向变形就越大;荷载比越小或约束刚度比及荷载偏心率越大,轴力变化系数峰值就越大;3种弯矩分布模式中,均匀弯矩分布模式最不利,柱的耐火极限时间最短,而三角形弯矩分布模式与异号弯矩分布模式下PEC柱的耐火极限差别不大。