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。     

受火混凝土温度场的试验与数值模拟研究

对火灾下预埋温度传感器的混凝土试件进行高温试验,研究了单面受火和三面受火两种工况下温度在混凝土内部的传播以及分布规律。在试验的基础上采用大型通用软件ANSYS对混凝土试件内部的温度场进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。结果表明:混凝土单面受火或三面受火时,同时间下不同截面高度处的温度值不同,说明温度沿截面高度的传递存在时差;在两种受火工况下,当混凝土内部温度达到100℃时会出现温度平台,试件表面会伴随出现潮湿现象;两种受火工况下混凝土内部的温度随时间的增长规律类似,但是距受火面相同高度处的温度值不同。     

预制空心板受火后力学性能的试验研究

为比较不同受火时间后预制空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,进行了6块预制空心板受火后力学性能的对比试验研究,其中3块为未受火的对比试件,另3块为板底分别受火23、38、53min的试件。受火试验结果表明,各试件在升温过程中的跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后,跨中挠度大部分可恢复。加载试验结果表明,对比试件和受火试件的最终破坏模式均为弯曲破坏;随着受火时间延长,试件开裂荷载和破坏荷载均有所降低,且破坏荷载与受火时间大致呈线性关系;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,相同荷载作用下,受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变,均明显大于对比试件。     

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。     

三面受火型钢混凝土柱耐火极限试验研究

在实际火灾中,结构中的柱子有可能处于三面受火的状态。由于受火边界的差异,其耐火性能与四面受火的情况有所不同。为认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,进行了两根ISO-834标准火灾作用下三面受火(受拉侧不受火)SRC柱在偏心荷载作用下的耐火极限试验,观察了试件的破坏过程,取得了截面温度场分布、变形-时间关系曲线等数据,并分析了有关规律及机理。试验结果表明:达到耐火极限状态时,型钢的温度较低;混凝土爆裂对截面温度场及构件耐火极限均有影响;荷载比和偏心率是影响高温下SRC偏压构件变形特征及耐火极限的重要因素。试验结果可供三面受火SRC柱耐火设计参考。     

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。     

薄壁钢-轻质混凝土组合楼板的受火后力学性能及评估模型研究

对5块内置钢骨架的轻集料混凝土组合楼板在火灾后的受力性能进行了试验研究,并基于试验结果给出了火灾后组合楼板综合承载力的评估模型。结果表明,该组合楼板在火灾作用后仍具有较高的剩余承载力和整体刚度,其主要影响参数包括轻骨料混凝土预制板中的配筋数量、受火时的荷载分布方式与荷载值以及火灾升温后所采用的冷却方式。受火时组合楼板试件中钢骨架主、次构件正上方的混凝土表面首先出现裂缝,且火灾后加载时进一步发展。火灾下均匀堆载的组合楼板试件的名义刚度较局部堆载的试件刚度提高18.5%;采用人工喷淋冷却方式较之自然冷却,其火灾后组合楼板试件静载试验的残余位移增大23.9%;所建立的综合指标模型可用于评估火灾后组合楼板试件的综合承载力。     

预应力轴心受拉钢构件抗火性能研究(Ⅲ):实用设计方法

为研究预应力轴心受拉钢构件的抗火性能,利用传热学原理对火灾下预应力轴心受拉钢构件的温度分布进行了理论分析,得出了任意爆火时刻预应力索温度的差分计算式。分析表明:火灾下拉索升温随拉索的等效直径增加而降低,随预应力钢管的温度升高而升高。利用索温度的差分计算式以及抗火设计基本思路,推导出预应力轴心受拉钢构件临界温度的简化计算方法,并采用试验研究、有限元方法对计算方法进行了验证。该计算方法表明构件的临界温度随着约束刚度比的增加而升高,随着荷载比的增加而降低。     

粘贴角钢加固受火后高强钢筋混凝土连续T形梁的试验研究

粘贴角钢加固法能在基本不增大构件截面尺寸的情况下提高承载能力和截面刚度。为研究粘贴角钢加固受火后高强钢筋混凝土连续T形梁的效果,共进行了3根高强钢筋混凝土连续T形梁的对比试验研究,其中1根为未受火对比试件,1根为受火60min后未加固试件,1根为受火60min后粘贴角钢加固试件。结果表明:受火后未加固试件的初始弯曲刚度明显降低,粘贴角钢加固后能恢复到未受火试件的状态。与未受火对比试件相比,受火后粘贴角钢加固后极限荷载显著提高59.5%,破坏挠度显著降低77.0%,位移延性系数降低53.8%,能量延性系数降低52.6%。     

新型开孔H型钢阻尼器有限元分析

设计了分别开椭圆形孔和菱形孔的2种新型H型钢耗能器,阐述了它们的构造与耗能原理。采用有限元软件ABAQUS对开椭圆形孔、菱形孔和条形孔这3种新型耗能器的耗能性能进行数值分析,研究了开孔形状、肢宽与肢高等参数对新型耗能器耗能性能的影响。分析结果表明:新型H型钢耗能器具有饱满的滞回曲线,屈服位移较小、耗能性能稳定,耗能器的屈服位移、初始刚度和等效阻尼比随各肢钢板宽度增大(或高度减小)而增大;在开孔率相近或者肢宽相同的情况下,菱形孔H型钢耗能器的等效阻尼比要比条形孔和椭圆形孔的大,且应力分布更加均匀。     

不同受火方式下混凝土框架结构的变形研究

针对单层框架和三层框架,通过高温数值分析,初步考察了不同受火方式下结构的变形特征。研究发现:①火灾蔓延对结构高温变形影响较大,此时节点的水平位移总体上小于结构全层/全部受火时的相应结果;②受火区间仅对相邻跨或相邻层有一定影响,而对隔跨或隔层影响相对较小;③非对称局部受火情况下,单层框架边节点的水平位移可能比全层受火时更大。     

高温下铝合金受弯构件弯扭稳定承载力研究

通过理论分析,得到高温下铝合金梁弯扭稳定承载力计算公式形式。采用有限元方法,分析了不同温度下国产6061-T6铝合金受弯构件的非线性稳定性能。对有限元方法计算得到的54条φb-λ曲线进行拟合,得到用于计算高温下国产铝合金梁整体弯扭失稳的φb-λ关系曲线,并将拟合曲线与试验数据、欧洲规范进行比较。结果表明,本文建议的相关公式可以用于计算高温下国产铝合金受弯构件的弯扭失稳。     

冷成型薄壁C型钢构件压弯滞回性能的数值分析

应用大型有限元软件ABAQU S,采用考虑几何和材料非线性的S4R 5壳单元和线性随动强化模型,考虑角部冷成型强化效应的影响,建立了常轴力、循环弯矩荷载作用下的C型钢构件有限元模型,分析了构件宽厚比和轴压比对冷成型薄壁C型钢构件滞回性能的影响。分析结果表明:宽厚比和轴压比对构件滞回性能影响显著,随着宽厚比的增加,构件承载、转动以及塑性变形能力降低;随着轴压比增加,构件的最大承载力降低,承载力退化。     

钢-混凝土预制板组合梁试验研究

对12个不同预留孔形、孔内不同填充材料的推出试件及2根不同预留孔形的完全剪力连接与1根部分剪力连接的钢-混凝土预制板组合梁进行了试验，结果表明，只要预留孔形设计合理，灌孔混凝土强度得当，钢-混凝土预制板组合梁就具有良好的组合效应和整体工作性能，是一种有发展前途和广泛应用领域的新型组合结构。     

川西南森林可燃物分布调研及潜在火行为研究

以川西南地区森林为研究对象,实地调研了凉山州木里县6种植被类型不同层次的可燃物特征和空间分布,运用BehavePlus软件模拟探究不同燃烧条件下潜在火行为。研究结果表明：由于燃料床厚度较低,林下层无灌木和草本的林分可燃物模型无法形成稳定蔓延的地表火,而林下覆盖有灌木层或草本层的林分模型可燃物垂直分布连续性较好,可形成高强度地表火,同时能形成稳定燃烧的遍燃型树冠火。地表火蔓延速度、火线强度、火焰高度、树冠火转化率等潜在火行为均随风速和坡度增加而增加,且增长幅度与燃料床厚度和高度相关,树冠火蔓延速度随风速增加大体呈指数型增长。     

高温下铝合金受弯构件弯扭稳定承载力研究北大核心CSCD

通过理论分析,得到高温下铝合金梁弯扭稳定承载力计算公式形式。采用有限元方法,分析了不同温度下国产6061-T6铝合金受弯构件的非线性稳定性能。对有限元方法计算得到的54条φb-λ曲线进行拟合,得到用于计算高温下国产铝合金梁整体弯扭失稳的φb-λ关系曲线,并将拟合曲线与试验数据、欧洲规范进行比较。结果表明,本文建议的相关公式可以用于计算高温下国产铝合金受弯构件的弯扭失稳。     

预应力CFRP筋混凝土梁的抗火试验研究

进行了3根预应力CFRP筋混凝土梁的抗火性能试验,考虑了荷载比对试验梁抗火性能的影响,分析了梁截面温度场、跨中挠度变形和CFRP应力随时间的变化规律。试验结果表明:(1)当保护层厚度为90 mm时,CFRP筋的温度不超过200 ℃,可有效降低CFRP筋的受火温度;(2)受火初期试验梁的挠度变形增长较快,随后增长速度趋于平缓;(3)随着荷载比的增加,试验梁的抗火性能不断降低;(4)与传统预应力钢筋相比,预应力 CFRP筋更易受到温度的影响,最终试验梁由于CFRP筋的断裂而破坏。因此,对于预应力CFRP筋混凝土构件,应采取有效的防火措施。     

强震下饱和软粘土残余变形理论与试验研究

通过对杭州饱和软粘土进行双向激振循环三轴试验研究了强震作用下饱和软粘土的变形特性.重点分析了循环应力比、径向循环应力比与初始剪应力等因素对双向激振下饱和软粘土残余应变与软化指数之间关系的影响.通过引入综合影响参数对试验数据进行归一化,建立了双向激振下饱和软粘土残余应变模型.通过将该模型引入到修正的Iwan模型中对双向激振下饱和软粘土的应力-应变关系进行了描述,得到了与实测值比较吻合的结果,证明了所提残余应变模型的合理性.     

截面角部集中配筋RC柱抗震性能试验研究

地震动的随机性使地震时地面的水平运动可以来自任一方向,因此房屋的钢筋混凝土柱有可能在随机地震动下斜向受力而发生破坏。提出了将柱纵向钢筋向截面角部集中的方法以改善RC柱在斜向地震作用下的抗震性能,并通过低周往复试验进行了验证。结果表明:截面角部集中配筋柱在斜向地震作用下的抗震性能得到大幅度的提高。     

宽级配砾质土应力路径试验研究

对某土石坝工程的宽级配砾质土进行了三轴等应力比应力路径试验,试验分别模拟了土石坝施工填筑期及蓄水期可能的应力路径,研究了宽级配砾质土在复杂应力状态下的应力应变特性。研究表明,砾质土心墙料在等主应力比和等主应力增量比应力路径作用下,应力应变表现出较好的线性关系;在竣工期,其平均主应力p(或剪应力q)与体应变ε_v及剪应变ε_s的曲线关系都为幂函数形式,ε_v—ε_1、ε_3—ε_1关系均可用线性函数来表示,而在蓄水期,各应力与应变之间的曲线关系则基本上都可以用线性关系来表示。本文研究明确了复杂应力路径下宽级配砾质土的应力应变关系,为建立宽级配砾质土的应力应变本构模型提供了一个重要线索。