国产Q345钢在不同热-力路径下的材料性能对比和材料模型应用

为评估和分析钢结构的耐火性能,以我国10个钢厂生产的Q345钢的424次恒载升温试验和152次恒温加载试验结果为依据,对钢材强度和应变以及不同的热-力作用路径下的力学性能进行对比研究。结果表明,在所有热-力作用路径下,恒载升温试验的强度最小,应变最大,临界温度最低;恒温加载试验的强度最大,应变最小,临界温度最高。随温度升高,热-力作用路径对钢材的力学性能影响增大:在450℃以下影响较小,在500℃以上时影响显著。如果规范采用恒温加载试验强度,是不可靠的。恒载升温条件下的ε-T-k材料模型和恒温加载条件下的ε-k-T材料模型均不能单独用于超静定钢结构的性能分析。超静定钢结构的性能分析可把火灾过程离散为若干时段,把每个时段分解为两个独立的应变-温度过程和应变-应力过程,分别应用恒载升温条件下的ε-T-k和恒温加载条件下的ε-k-T材料模型进行分析,然后迭加计算以得出最后的应变。     

两种不同的恒载升温方式下的钢材破坏机理分析

通过对我国建筑结构用钢在拉伸和压缩两种方式下的恒载升温试验,进行了5次受拉试件和2次受压试件的对比研究,根据试验中材料的各自变形规律,对其破坏机理进行了理论分析;从材料屈服的定义出发,给出了恒载升温拉伸试验中的参数(对应温度下的临界荷载水平),并与恒载升温压缩试验中的参数项进行了对比,指出受压构件和受拉构件的高温屈服强度是不同的,因此在钢结构建筑的耐火设计中应分别取不同的安全系数。     

标准受火条件下考虑水分迁移混凝土板温度场数值计算

火灾（高温）条件下,钢筋混凝土构件中水分的蒸发迁移会改变构件内部的传热过程,导致温升及局部温度分布发生变化。本文尝试在一定假设条件的基础上建立简单的水分蒸发迁移模型来考虑水分对混凝土板温升过程及温度分布的影响,进而对计算温度场进行适当修正。     

钢筋混凝土矩形梁的当量耐火时间

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度一时间曲线为火作用,以热传导和建筑结构耐火理论为基础,以梁在实际和标准火灾下的承载力相等为等效准则,用数值计算方法研究梁的当量耐火时间,并用最小二乘法导出其计算公式.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,梁的当量耐火时间越长;反之越短.所给梁的当量耐火时间可用于建筑结构性能化耐火设计与评估:当火灾荷载密度较大,开口因子较小时加大梁的截面参数以获得安全性,反之,减小截面参数以获得经济性.     

钢筋混凝土矩形梁在实际火灾下正截面承载力数值计算

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度-时间曲线为火作用,以建筑结构耐火理论为基础,采用数值计算方法研究钢筋混凝土矩形梁的正截面承载力.研究结果表明:梁的承载力随火灾房间温度升高而变小,在温度达到最大值后承载力达到最小值.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,火作用越大,梁的最小承载力越小;反之相反.相同条件下梁支座截面的承载力要大于跨中截面.     

考虑水分迁移混凝土构件温度场数值计算

在火灾(高温)条件下,钢筋混凝土构件中水分的蒸发迁移会改变构件内部的传热过程,导致温升及局部温度分布发生变化.为评估钢筋混凝土构件的温度场分布和耐火稳定性,对现有模型进行了改进完善,建立了考虑水分蒸发迁移的二维钢筋混凝土构件温度场计算模型,并与试验值进行了对比分析,实测温度分布与计算结果一致性较好.     

火灾时钢筋混凝土柱类构件的当量耐火时间

为在耐火设计中合理确定钢筋混凝土结构构件的耐火极限,基于构件在火灾条件下极限承载力相等原则,通过数值计算,分析评估了影响当量耐火当量时间的8种因素,选取火灾荷载和通风系数为参数建立钢筋混凝土柱类构件当量耐火时间公式。以当量耐火时间作为构件所需耐火极限,可提高耐火设计的可靠性和经济性。     

Q345(16Mn)钢在恒温加载条件下的应力-应变曲线和弹性模量

为评估和分析钢结构的耐火性能,对我国10个钢厂生产的16Mn钢进行152次恒温加载试验研究。结果表明,钢材的应力-应变曲线随温度升高,应力变小而应变增大,曲线斜率即弹性模量随温度升高和应变增大而趋于零。钢材在高温下的弹塑性性质非常明显,在钢结构高温性能分析中应当考虑这种特性。依据试验结果构建了以表格形式表达的钢材折线应力-应变曲线和弹性模量,为火灾下钢结构的变形和温度应力计算提供参考。     

钢结构耐火设计的当量时间

通过给出了一个比国外同类公式离散性更小的当量时间计算公式,从而把各种实际情况下的钢结构耐火设计统一到标准升温条件之下。     

三面受火钢构件的温度数值计算

国内外铜结构抗火规范在钢构件的温升计算中,都忽略了构件与之相接触的混凝土板之间的热传递,虽然这样计算较为简单,但可能过高地估计了钢构件的温度.本文以三面受火工字型铜构件为研究对象,考虑构件实际换热条件的影响,建立了钢构件的热平衡方程,用数值计算方法分析钢构件的温度变化.计算结果表明本文计算温度与试验实测结果更为接近.