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。     

室内火灾升温过程的随机性研究

火灾升温的参数化模型由两部分组成,即升温段持续时间的确定和升温过程的函数关系。升温段持续时间是随机变量,升温过程是随机过程。随机性参数的概率密度函数复杂,用解析方法推导升温段持续时间和升温过程的概率分布类型和概率特征比较困难。本文运用Monte Carlo方法和数值方法研究了参数化模型升温过程的随机特性;给出了升温段持续时间的概率模型、升温过程的均值函数和方差函数,并利用区域模拟验证了基于参数化模型的火灾升温概率模型的有效性。     

H型截面钢构件受火前后残余应力分布试验研究北大核心CSCD

火灾高温会造成截面的残余应力重分布。为了得到钢构件在火灾后的极限承载力,需要对火灾后截面的残余应力分布进行研究。采用切条法对普通Q235钢热轧H型截面和高强度Q460钢焊接H型截面在火灾前后的残余应力分布进行试验研究,得到了未受火构件和受火后构件截面的残余应力分布大小和模式,并对受火前后的残余应力进行了对比。研究发现,火灾高温将大大降低构件的截面残余应力;火灾前后的分布模式没有变化,对普通Q235钢热轧H型截面,翼缘的分布模式是"V"型,腹板的分布模式是斜边的"U"型;对高强度Q460钢焊接H型截面,翼缘的分布模式是斜边的"W"型。     

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。     

高强度Q460钢材高温力学性能试验研究

采用恒温拉伸法和振动法分别对国产高强度Q460钢材在高温下的强度和弹性模量进行了试验研究。根据试验结果对屈服强度、极限强度和弹性模量进行了拟合,得到了Q460钢材的力学性能指标随温度变化的函数表达式。将Q460钢的高温力学性能指标和普通结构钢进行了对比。研究结果表明:高强度Q460钢材的强度和弹性模量随温度的升高而降低;Q460钢材高温下的强度折减系数比普通钢低,同等条件下,Q460钢结构比普通钢结构具有较好的抗火性能。     

多国钢结构抗火规范关于受弯构件计算方法的比较与分析

为了研究受弯构件的抗火性能,及对国内外目前的受弯构件抗火设计方法有一个系统的了解,介绍了中国、美国、欧洲、英国和澳大利亚的钢结构抗火设计规范关于受弯构件的计算方法,并对它们的区别和联系进行了分析。设计了一个算例,分别采用不同的规范计算了其临界温度和耐火极限。经对比分析表明:各国规范的计算结果差别较大,相同条件下,澳大利亚规范计算得出的临界温度较低;无防火保护层时,英国规范计算得出的耐火极限较高,而有保护层时,美国规范计算得出的耐火极限较低。