受火侵袭波纹腹板钢梁的侧向弯扭屈曲及其参数分析

基于ANSYS的有限元数值计算,考查了简支波纹腹板钢梁在火灾作用下的侧向弯扭屈曲。通过与平腹板钢梁的临界温度作比较,研究了波纹腹板钢梁分别在纯弯矩和集中载荷作用下的抗火性能,并分析了栽荷比、初始缺陷等因素对波纹腹板钢梁抗火性能的影响。分析表明,波纹腹板钢梁与平腹板钢梁在火灾作用下有相同的侧向弯扭屈曲性能。     

高温下受弯钢梁的弹塑性弯扭屈曲分析

基于弹塑性理论,通过建立钢梁截面的弯矩曲率关系作弯矩作用平面内的弹塑性分析等几个步骤,对火灾高温作用下受弯简支钢梁在弹塑性阶段的弯扭屈曲性能变化进行了分析,给出了钢梁的临界屈曲弯矩的计算表达式。通过算例分析了钢梁弹塑性阶段临界屈曲弯矩随温度的变化,并利用ANSYS有限元软件模拟了钢梁在火灾燃烧不同时刻的竖向变形。结果表明,随着温度的升高,钢梁弹塑性阶段的临界弯矩呈现出逐渐降低的趋势,而其竖向变形则逐渐增大,文中对这2个变量在不同温度条件下的具体变化情况分别进行了详细的分析和描述。     

火灾下蜂窝梁孔间腹板受剪弹性屈曲简化设计方法

运用有限元方法研究了火灾下六边形孔蜂窝梁在竖向剪力作用下孔间腹板弹性屈曲问题。取孔间腹板的上半部作为隔离体,将蜂窝梁的孔间腹板等效为受水平剪力的楔形悬臂板。根据薄板受剪屈曲理论计算公式,通过屈曲系数k计算孔间腹板受剪屈曲承载力。运用有限元分析获得蜂窝梁竖向剪切屈曲承载力,通过反分析计算屈曲系数k。结果表明:k随着孔间腹板宽厚比和孔洞上方腹板高厚比的增大而非线性减小;随着孔间腹板高厚比的增大而线性增大;随着腹板厚度的增大而线性减小;随火灾升温基本保持不变。在参数分析的基础上,提出了火灾下六边形孔蜂窝梁受剪屈曲系数k的计算公式,简化了蜂窝梁孔间腹板屈曲承载力的设计过程。     

装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构抗震性能研究

将屈曲约束支撑应用于装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(简称装配式RCS组合框架结构)中,若处理不当将会产生开合效应并导致相邻梁柱破坏。为有效减轻框架开合效应造成的破坏,提出基于梁端铰接的装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构。在保证关键连接节点力学性能的前提下,设计某9层装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构,采用基于OpenSees软件的动力弹塑性时程分析方法研究结构的抗震性能。结果表明,钢梁腹板开洞的装配式RCS节点、装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点具有高承载、可装配和震后损伤小等特点,装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构满足抗震规范要求,具有优良的抗震性能;梁-梁间的铰接连接不会影响屈曲约束支撑的耗能效果,且可以改变梁柱屈服机制,保证整体结构高效装配的同时减轻结构塑性损伤,有助于实现结构的功能可恢复。     

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。     

预应力耐火钢⁃混凝土连续组合梁抗火性能研究∗

采用有限元软件对耐火钢预应力连续组合梁在高温下的抗弯性能进行参数研究,引入了材料非线性、几何非线性以及钢梁初始几何缺陷,考察了预应力组合梁在高温下的破坏形态,耐火极限,跨中挠度随温度及时间变化的曲线,分别得到了不同受火工况与耐火钢使用截面位置对组合梁高温下抗弯性能的影响规律。结果表明：不同受火工况对普通组合梁和耐火钢组合梁的抗火性能有较大影响,组合梁在双侧受火工况下其挠度下降的幅度明显大于单侧受火工况下挠度下降的幅度,耐火时间也明显减短;在同一受火工况下,其他部分使用普通钢条件下,钢梁下翼缘使用耐火钢比腹板使用耐火钢更能有效提高组合梁在高温下的抗弯能力和耐火极限;当组合梁中钢梁下翼缘与腹板同时使用耐火钢时能显著提高组合梁的抗火性能,并达到与钢梁全截面使用耐火钢时同样的效果;仅在钢梁跨中区段内下翼缘和腹板上使用耐火钢时,耐火钢布置区段越长,则组合梁跨中挠度下降幅度越小,临界温度也越高。     

腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

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。     

油罐车火灾下钢-混凝土组合梁桥结构响应研究

采用数值模拟方法,研究钢-混凝土组合梁式公路桥在大型车辆火灾下的结构响应,考察桥梁形式、火灾工况及荷载比的影响。首先以规范给定的烃类火灾升温曲线及CFD模拟实际油罐车火灾所得到的升温曲线作为温度边界条件,用ABAQUS建立了8个有限元模型进行计算,得出了构件内部温度场,发现实际火灾下斜交桥受火跨最高温度低于正交桥的,但整体温度更高;实际火灾较规范火灾下结构升温更快,最高温度更高;随后以受火升温结果作为温度荷载,通过恒载升温分析,考察了共计18个案例的结构响应,发现正交桥和斜交桥在火灾下的破坏模式有较大差别,前者出现不适于继续承载的变形,同时伴随着远端支座腹板屈曲的局部破坏,而后者主要体现为远端支座腹板严重屈曲;最后提出了针对钢-混凝土组合梁桥抗火措施和设计思路的建议。     

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。     

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。     

受火钢框架的落锤冲击响应数值模拟

运用有限元程序ABAQUS进行数值模拟,研究不同温度下受撞击载荷钢框架结构的动力响应和梁柱连接性能,重点考察了三种梁-柱连接形式:即全焊接连接、平齐式端板连接、外伸式端板连接等对钢框架抗冲击性能的影响。对于受火和自重作用的钢框架,比较了梁的跨中挠度和梁柱交点处沿梁方向的位移,以及结构在不同环境温度下的温度场;进而采用温度加载和落锤冲击共同作用,得出结构的梁柱节点破坏模式和钢梁的临界屈曲温度,以及落锤撞击过程中跨中挠度和撞击力的发展。模拟结果表明,外伸式连接框架高温作用下的抗落锤冲击性能最好。     

升—降温全过程中约束钢梁的有限元与试验分析

以轴向支撑连接方式,利用自制的加热炉对约束钢梁进行了升—降温全过程的试验研究。重点研究了钢梁的跨中挠度随温度变化的规律,以及梁端不同轴向支撑刚度和钢柱不同轴压比条件下约束钢梁的屈曲模式及其梁端轴向支撑的破坏形态。基于ANSYS有限元软件,采用温度场和结构耦合中的间接法,对升-降温全过程中的约束钢梁进行了有限元分析。数值计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型和参数设置的合理性。根据对比分析,讨论了我国现行钢结构防火技术规范中存在的关键问题,特别提出了钢结构抗火设计应有的内涵,为钢结构抗火研究提供了新的思路。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

高温下栓钉剪力连接件的结构性能数值模拟研究

目前,钢混凝土组合梁由于其具有截面高度小、自重轻、延性好等优点而广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。钢混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板通过剪力连接件共同作用,钢混凝土组合梁的性能很大程度上依赖于剪力连接件的性能,因此剪力连接件是组合梁中的关键部位。栓钉是目前最常用的柔性剪力连接件。本文采用有限元软件ABAQUS,较系统地研究了高温下组合梁中栓钉破坏形态、破坏机理、抗剪承载力和荷载—滑移规律性能,为高温下组合梁抗火性能研究提供基础。模型中混凝土、栓钉和钢梁采用实体单元模拟,材料的力学特性和热工特性参数根据欧洲规范(EN 1994-1-2)。本文先用文献中的试验结果验证了数值模型的可靠性,并进一步研究了不同栓钉直径和不同混凝土强度等级时的高温下栓钉承栽力折减系数。研究表明,欧洲规范中高温下栓钉承栽力的计算公式是合理的,能较准确地预测栓钉在高温下的承栽力。     

受火约束钢梁在升温段和降温段行为的理论分析(Ⅰ)

真实火灾中的调查和试验结果表明,约束钢梁比一般的无约束钢梁有更好的抗火承载性能。在梁端约束作用下,火灾中的约束钢梁能够产生很大的变形而且不会在瞬间坍塌。在梁中产生的轴力对梁在火灾中的行为有很大影响。影响约束钢梁行为的因素包括:荷载类型、轴向约束刚度、转动约束刚度、梁截面温度分布等。根据梁端约束情况和荷载类型,对梁的变形曲线进行了假设,据此可得出梁的轴力以及梁截面内应变与应力的分布。通过对应力的积分,可得出截面轴力及抵抗弯矩,然后结合梁的平衡方程,就可求出梁在火灾下的变形。为了进行火灾后的安全评估及修复工作,还需要了解钢梁在降温段的反应。当温度降低时,钢材的强度会得到恢复,这对恢复梁的承载能力是有利的,但是同时由于梁的收缩,梁内将进一步产生拉力,这对梁及两端的节点是很不利的。本文对约束钢梁在降温段的行为进行了比较深入的理论研究,并推荐了一种简单的计算方法。     

不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙,为了比较不同构造措施对该新型剪力墙抗震性能的影响,进行了3个剪跨比为1.5的钢管混凝土边框钢板剪力墙低周反复荷载试验.其中,试验模型1为墙体钢板与边框柱钢管焊接,试验模型2为墙体钢板与边框柱钢管螺栓连接,试验模型3为墙体钢板开孔并与边框柱钢管焊接.通过试验研究,比较了各剪力...     

基于数值模拟的多高层钢结构火灾反应规律与破坏机理

为了分析火灾下多高层钢结构的破坏机理,考察多高层钢结构在火灾下的反应规律,基于ABAQUS建立了整体钢结构的火灾反应数值模型,对不同层数的钢结构以及相同结构不同火场位置的钢结构进行了数值模拟分析,计算了局部火灾条件下钢结构的变形与破坏过程,分析了钢结构在火灾和荷载共同作用下的破坏机理,探讨了局部火灾对整体结构的影响范围与因素,给出了钢结构在高度和荷载变化时的破坏规律并分析了引起这种破坏规律的原因。