不同规范组合梁抗火设计方法的比较和分析北大核心CSCD

首先介绍了中国规范、欧洲规范和英国规范中的组合梁抗火设计方法,并通过算例对比了根据各国规范预测的临界温度和耐火极限。对比发现:对于常温下按完全剪力连接设计的组合梁,各国规范计算出的临界温度相差不是很大,其中欧洲规范的计算值最高,而英国规范的计算值最低。对于常温下按部分剪力连接设计的组合梁,以中国规范中承载力法得到的临界温度可能不安全,建议增加对高温下剪力连接件抗剪承载力的验算;而以中国规范中临界温度法得到的临界温度过于保守,建议将中国规范中临界温度法推荐的表格适用范围局限于常温下按完全剪力连接设计的组合梁。     

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。     

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。     

三面受火木梁耐火极限计算方法

木材是可燃性材料,研究木构件的抗火性能具有重要意义。由于缺乏木结构耐火性能的系统研究,我国现行国家标准《建筑设计防火规范》和《木结构设计规范》基于试验方法,仅给出了各类木构件耐火极限的要求,未给出其计算方法。分别介绍了欧洲规范、美国规范、澳洲规范和加拿大规范的木梁耐火极限计算方法,对比发现各国规范中木梁耐火极限计算方法均基于剩余截面法,但其中木材炭化速度的计算方法不同,且考虑角部倒角效应及温度影响区的范围不同。通过将各国规范耐火极限预测值与试验结果对比,发现基于剩余截面法的木梁耐火极限计算方法能较好地预测木梁的耐火极限,考虑密度对炭化速度影响的欧洲规范和澳洲规范与试验结果更接近,因此建议我国规范中木梁耐火极限计算采用考虑密度影响的剩余截面法。     

剪扭复合作用下预制拼装混凝土桥干接缝抗剪强度分析∗

为研究剪扭复合作用对单键齿干接缝抗剪强度影响,本文结合实际预制拼装混凝土桥剪力键尺寸与形状,利用 ABAQUS 有限元软件对干接缝剪力键受剪扭复合作用直至失效过程进行分析;研究过程首先以已有学者剪力键纯剪切试验为对象,建立其有限元模型,对比文献可以得出：数值模拟与试验得到的接缝位置抗剪强度比值平均为 0.94,且数值模拟中裂缝位置与试验裂缝出现位置较为接近,裂缝演化过程较好吻合;在此基础上采用相同方法建立新数值模型,并通过改变荷载作用位置对剪力键施加剪扭复合作用,结果表明：单键齿干接缝抗剪强度随荷载所产生扭转作用增大而减小,扭转对剪力键抗剪强度降低幅度影响显著,当键齿厚度为 400 mm,荷载偏移距离为 275 mm,荷载移动距离为键齿厚度 1/1.45 时,抗剪强度较受纯剪切荷载模型减少超过 40%;对 60 个剪扭复合作用模型抗剪强度降低值线性回归,得到偏载距 S 与抗剪强度减少系数 P 之间关系为 P = 1.758 × 10^-3 S - 0.042,依此对美国 AASHTO 规范中干接缝抗剪承载力预测计算式提出修改建议;通过另建立 8 个设置不同参数的剪扭复合作用模型验证修正后计算式准确性与一般性,数值模拟与修正计算式得到的抗剪强度比值平均为 1.01,最大为 1.06。     

基于强度退化的震损加固型钢混凝土柱抗剪承载力分析

为了建立碳纤维布或外包钢套震损加固型钢混凝土柱的抗剪承载力计算式,基于碳纤维布或外包钢套加固型钢混凝土柱试验研究,分析了原柱材料的地震损伤以及混凝土受剪机理的差异,比较了不同抗剪模型建立的抗剪承载力计算值的差异性。经验证,计算值与其试验值吻合较好,说明基于强度退化的震损加固型钢混凝土柱抗剪承载力计算公式是可行的。基于GB50010-2010、ACI318-08和CSA-04三种不同抗剪模型建立的抗剪承载力计算值差异较大,说明震损加固柱中钢筋混凝土承担剪力的分析不容忽视。     

弹卡式连接预应力混凝土方桩接头抗拉性能研究

为了解决预制混凝土桩现场拼接工作量大、接头易腐蚀等问题,创新研发了弹卡式连接预应力混凝土方桩接头。通过单个弹卡连接件的拉伸试验以及3种常用桩型方桩接头试件的足尺度抗拉性能试验,研究该方桩接头的抗拉承载力、变形延性以及破坏特征。结果表明:单个弹卡连接件的极限抗拉承载力大于150 kN,涂满环氧树脂后其极限抗拉承载力、变形延性和整体性均有所提高;弹卡式连接预应力混凝土方桩接头试件的极限抗拉承载力试验值均大于其桩身极限抗拉承载力规范公式计算值;方桩接头试件的破坏形式有桩身受拉破坏和弹卡连接接头受拉破坏两种;建立的数值模型可以较好地模拟方桩接头试件从加载到破坏全过程,模拟得到的极限抗拉承载力与试验结果相接近。     

氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力分析∗

为研究氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土短柱轴压承载性能的变化规律，设计了 16 个试件并完成轴压试验。在试验研究的基础上根据极限平衡条件，提出了氯盐腐蚀条件下钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式，选取不同的侧压系数进行对比优化；采用国内外常用规范对试件承载力进行计算，将计算值与试验值进行对比并提出使用建议。结果表明给出的侧压系数建议值与试验结果吻合较好，通过折减壁厚的方法计算承载力是可靠的，对氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土柱的理论研究和工程应用有一定的指导意义。     

约束组合梁抗火性能试验研究

通过利用约束框架对组合梁施加约束，研究了处于结构整体中的组合梁的抗火性能及其在火灾中破坏的过程和特点。试验用了两个足尺试件，分别为简支梁和连续梁。采用一种间接的方法得到了抗火试验中难以测得的组合梁的轴力及弯矩等参数。试验表明：（1）悬链线效应有助于提高组合梁的抗火性能；（2）常温下满足宽厚比要求的钢梁的下翼缘，在火灾下仍会发生屈曲；（3）组合梁的节点设计中应进行轴向承载能力验算；（4）组合梁在火灾中的破坏过程可划分为升温膨胀阶段、跳跃阶段和悬链线阶段。     

考虑结构整体性的组合梁抗火性能研究

处于结构整体中的构件具有比单个构件更高的抗火能力,这已在Cardinton试验以及一些火灾现象中得到了证实。由于结构的高次超静定,组合梁在火灾下达到其极限抗弯承载能力后,尚能够利用悬链线效应继续承载。通过理论和试验研究,给出了考虑结构整体性的组合梁火灾全过程计算方法。利用这种方法,可以计算组合梁挠度、轴力、跨中及梁端弯矩的变化全过程,进而对组合梁的抗火性能进行火灾全过程分析。通过试验,验证了这种理论计算方法的可靠性,为组合梁抗火性能的理论研究和抗火设计提供了参考。     

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.     

框架结构“强梁弱柱”问题研究

分析了"汶川地震"中钢筋混凝土框架结构的主要震害,着重研究了"强梁弱柱"这一破坏现象,并对比分析了现行抗震规范及其报批稿中关于"强柱弱梁"的设计条款,结合某框架结构教学楼,分析其在两本规范不同设计条款下的承载力,以及由此带来的经济性方面的影响。结果表明:填充墙等非结构构件的影响、楼板对框架梁承载力和刚度的增大作用以及柱轴压比偏小是结构破坏的主要原因。规范报批稿调整了柱端弯矩和剪力增大系数,较大地提高了柱的承载能力,其中抗弯承载力增加10.8%~33.1%,尤其顶层框架柱的承载力较现行规范增加33%之多,但柱的抗剪承载力提高较低,增加11.1%~19.3%。依据送审稿设计的结构,柱的钢筋用量增加64.1%,整个费用增加低于19.9%,基本在我国经济发展水平之内。     

高温下异形截面薄壁铝合金轴压构件局部-畸变屈曲耦合分析

火灾高温下铝合金材料的强度和弹性模量衰减迅速,导致高温下异形截面薄壁铝合金轴压构件的屈曲破坏模式更加复杂。采用有限元恒温加载方法,分析了6082-T6铝合金轴压构件的板件变形和跨中截面应力发展,研究了异形截面铝合金轴压构件常温下和火灾下的局部-畸变屈曲耦合破坏机理和屈曲承载力。高温下铝合金强度和弹性模量的折减系数采用欧洲铝合金结构设计规范EN1999-1-2的规定。对比不同温度下6082-T6异形截面铝合金轴压构件的极限承载力的有限元分析结果与EN1999-1-2计算结果表明,EN1999-1-2的设计方法较为保守。     

卷边PEC柱-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗倒塌机理数值模拟

为研究卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层抗倒塌机理,以采用端板预拉对穿螺栓连接的新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下倒塌机理的数值模拟。基于计算数据,对比分析试件承载力、抗侧刚度、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力机理和破坏机构等抗震性能。结果显示:试件具有较大的承载能力和初始抗侧刚度;卷边PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓实现了部分自复位功效,而梁截面削弱满足了连接的转动能力和结构耗散地震能的需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面处出现塑性铰而使结构形成塑性机构,相应连接转角和试件中间层层间剪切角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好抗震延性和抗倒塌性能。     

冷弯薄壁高强度合金钢光伏支架构件连接抗剪性能试验研究

为研究冷弯薄壁高强度合金钢光伏支架构件连接的抗剪力学性能,文中对24个光伏支架连接试件进行了抗剪承载力试验,重点研究了构件腹板及翼缘分别采用螺栓连接的力学性能,观察了试件的破坏过程及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线和极限承载力,结果表明：达到峰值荷载时,试件翼缘上的自攻螺钉首先被剪断,其次螺栓附近的冷弯薄壁钢板被压屈服,试件发生典型的承压破坏;与螺栓在翼缘上的试件相比,螺栓在腹板上的试件刚度大,但试件延性降低。基于现有规范中的相关计算公式,提出了冷弯薄壁高强度合金钢光伏支架构件连接的承载力修正计算公式,计算值与试验值吻合较好,研究结论可为冷弯薄壁高强度合金钢光伏支架的工程应用提供参考。     

高强度螺栓摩擦型连接火灾后抗剪试验研究

建筑火灾发生频繁且对钢结构危害严重,但总体而言绝大多数火灾并未造成钢结构的根本性破坏,尽快鉴定其火灾后安全性并进行加固修复,对于减小灾后间接经济损失意义重大。高强度螺栓摩擦型连接是钢结构最常用的连接方式之一,其火灾后受力性能对整个结构灾后承载的安全至关重要。但目前国内外对高强度螺栓连接高温过火冷却后的受力性能研究极少。本文对高强度螺栓摩擦型连接进行了火灾后抗剪试验研究,得到了连接的抗滑移承载力、极限承载力以及荷载—变形曲线,研究了过火温度、冷却方式对连接受力性能的影响。为模拟火灾中的可能情况,试验考虑了自然冷却、泼水冷却两种冷却方式。试验表明,当高强度螺栓连接的过火温度不超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力下降小,可判定连接仍能承受外部设计荷载,不需要对连接进行加固或替换螺栓;当过火温度超过400°C时,连接的抗滑移承载力、极限承载力开始显著下降,需连接更进一步的检测并进行仔细的结构分析,以确定连接能否继续承受外部设计荷载,以及是否需要采取必要的加固与修复措施。     

复杂环境中玻璃幕墙设计风压风洞试验

风荷载是引起玻璃幕墙结构破坏的主要荷载之一,目前相应规范在玻璃幕墙设计风压取值上尚未考虑相邻建筑物的影响,其结果已经不能完全覆盖处于特定风场中的幕墙设计要求.通过风洞试验,得到了处于复杂环境中的玻璃幕墙设计风压值,介绍了目前中美两国规范关于玻璃幕墙风荷载取值的计算方法,探讨了试验值与中美两国规范计算值之间的差异.分析结果表明:对于处在复杂环境中的玻璃幕墙,现有规范设计风压的取值不是偏大就是偏小,尤其是在建筑底部的局部区域可能出现远大于规范计算值的负风压.所得结果可供同类幕墙工程设计参考.     

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点抗连续性倒塌性能分析

以中柱失效工况下的方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点为研究对象,采用ABAQUS分析其抗连续性倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、节点破坏形态等,分析了楼板在组合节点连续性倒塌过程中的作用,并对影响组合节点抗连续性倒塌性能关键参数进行分析。结果表明:该类组合节点倒塌大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、拱效应阶段、塑性阶段、混合机制阶段、悬链线效应阶段。楼板的拱效应可提升节点初期承载力,同时钢筋的拉结作用可以增强节点悬链线效应,但拉结作用的发挥与抗剪连接件有关,因此在设计施工中应重视楼板与钢梁连接的设计,确保其连接可靠,并更好地利用楼板的拱效应与悬链线效应。通过参数分析可知,增加钢梁强度与钢梁翼缘、腹板的厚度可以显著提高组合节点抗连续性倒塌性能。楼板混凝土强度的增加仅提高节点倒塌初期的承载力。     

门式钢刚架结构受火力学反应分析

采用ANSYS有限元分析软件对门式钢刚架结构受火力学反应全过程进行数值模拟,得到门式钢刚架破坏时的临界温度和最不利截面位置,并从结构力学基本理论出发,验证ANSYS数值模拟结果的正确性。研究结果表明,大空间建筑火灾中,影响门式钢刚架结构抗火承载力的控制截面主要是梁柱节点处的梁端截面和梁跨中截面,而且烟气温度场非均匀性将影响结构控制截面的位置,从而影响结构临界温度的变化规律;随着荷载比的减小,临界温度呈升高的趋势;门式钢刚架结构受火破坏模式表明单榀门式钢刚架结构在考虑檩条提供的平面外约束条件下,由于结构冗余度较少,当构件截面发生破坏后,整体结构随即丧失承载力。研究结果可供门式钢刚架结构的抗火设计参考。     

门式钢刚架结构受火力学反应分析北大核心CSCD

采用ANSYS有限元分析软件对门式钢刚架结构受火力学反应全过程进行数值模拟,得到门式钢刚架破坏时的临界温度和最不利截面位置,并从结构力学基本理论出发,验证ANSYS数值模拟结果的正确性。研究结果表明,大空间建筑火灾中,影响门式钢刚架结构抗火承载力的控制截面主要是梁柱节点处的梁端截面和梁跨中截面,而且烟气温度场非均匀性将影响结构控制截面的位置,从而影响结构临界温度的变化规律;随着荷载比的减小,临界温度呈升高的趋势;门式钢刚架结构受火破坏模式表明单榀门式钢刚架结构在考虑檩条提供的平面外约束条件下,由于结构冗余度较少,当构件截面发生破坏后,整体结构随即丧失承载力。研究结果可供门式钢刚架结构的抗火设计参考。