内配型钢的圆钢管混凝土轴压构件的耐火性能

在钢管混凝土构件中内置型钢可有效提高整个构件的承载力和耐火性能。采用ABAQUS软件建立了标准火灾下内配型钢的圆钢管混凝土轴压构件的热力耦合数值模型,并与已有研究者完成的试验数据进行了对比验证;在此基础上,计算了火灾作用下该类构件柱顶轴向位移和跨中挠度随升温时间变化的关系曲线,根据破坏特征可以分为升温初期膨胀阶段、轴向压缩阶段和破坏阶段,并确定了该类构件的耐火极限;最后计算了火灾作用下每个组件间的相互作用力和参数分析。结果表明:随着温度的升高,钢管与混凝土、混凝土与型钢之间的接触应力呈降低趋势;火灾荷载比、长细比、钢管含钢率及防火保护层厚度对构件耐火极限影响较为显著。     

考虑滑移的锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度模型

对锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度退化的影响因素进行了研究,采用刚度解析法对粘结性能退化后偏压构件的截面刚度进行了理论分析,引入了锈蚀钢筋滑移的粘结退化综合影响系数,建立了考虑滑移的锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度的计算模型。经试验验证,模型的抗弯刚度计算值与试验实测值结果吻合较好,故模型计算值可为锈蚀混凝土偏心受压构件性能的评估提供参考。     

火灾后钢筋混凝土柱外包钢管加固性能——数值模拟

基于ABAQUS软件进行了外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱力学性能的数值模拟,分别建立了受火钢筋混凝土构件的温度场分析模型及加固后构件的三维单元力学分析模型。探讨了钢管屈服强度、名义含钢率、新修复混凝土强度等对外包钢管约束加固火灾后钢筋混凝土柱承载力、刚度及延性的影响规律。结果表明:火灾后钢筋混凝土柱的承载力和刚度都会明显降低,采用外包钢管可对受损伤的钢筋混凝土柱进行修复加固,加固后组合柱受力性能将得到大大改善。分析结果可为有关工程应用提供参考。     

五边形钢管混凝土巨型柱偏压性能计算分析

以大连国贸中心大厦五边形多腔体钢管混凝土巨型柱为原型,为研究截面构造对其偏压性能的影响,进行了2个不同截面构造的巨型柱模型偏心受压性能试验。试件编号分别为CF-Ⅰ和CF-Ⅱ。CF-Ⅰ为五边形四腔体无钢筋笼截面试件,CF-Ⅱ为五边形四腔体带钢筋笼截面试件。试验得到了2个试件的承载力、荷载-变形曲线及损伤破坏特征等。利用ABAQUS有限元软件对各试件进行了数值模拟,计算结果与试验符合较好;在此基础上,分析了外钢管钢板厚度、对称轴分腔隔板厚度、周边竖向肋板厚度对柱偏压性能的影响。研究表明:加设钢筋笼可提高试件的承载力和延性;增加外钢管钢板厚度提高试件承载力和延性的比例,明显大于增加腔体对称轴分腔隔板厚度提高的比例;提高腔内周边竖向肋板的厚度,可明显减轻试件损伤。     

震损后圆钢管混凝土柱-钢梁节点耐火性能数值分析

钢管混凝土结构已广泛应用于抗震设防地区,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点作为目前工程中最常用的节点形式,该类节点在经历地震损伤后耐火性能的研究对灾后工程加固具有重要意义,采用低周往复加载方式模拟地震作用,通过合理选取地震损伤指数,建立了节点在经历不同损伤后下部柱单独受火和下部柱及刚梁下翼缘同时受火2种工况下的有限元模型。分析了节点在震损后的损伤积累、温度传递以及损伤指数和受火方式对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:随着震损程度的增大,耐火极限逐渐降低;不同受火方式对节点温度传导和破坏模态有较大影响。     

钢管再生混凝土柱的耐火极限

介绍了考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系,采用有限元软件ABAQUS对钢管再生混凝土柱进行实体单元建模,模拟火灾作用下该组合柱的力学特性与耐火极限,通过与试验结果的比较验证有限元模型的合理性,并在系统分析各主要参数影响规律的基础上提出钢管再生混凝土柱耐火极限的简化公式。研究结果表明:(1)有限元模拟钢管再生混凝土柱的温度场和耐火极限与实测结果总体符合,验证了提出的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系的正确性;(2)截面尺寸和长细比是影响钢管再生混凝土柱耐火极限的主要因素;(3)简化公式计算钢管再生混凝土柱的耐火极限与试验结果吻合较好。     

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型。通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨。结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承栽力。该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考。     

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。     

钢管陶粒混凝土柱火灾后轴压性能试验研究

对26根受火后的钢管陶粒混凝土短柱进行了轴压力学性能试验,试件考虑了钢管的几何参数、陶粒混凝土配合比及火灾条件等因素的变化。基于试验结果,分析了轻骨料钢管混凝土短柱受火后的轴压承载力、破坏形态及其他力学性能的变化及相关参数的影响规律。所讨论的主要影响参数包括试验最高炉温、最高炉温持续时间、钢管长细比、混凝土配合比等,并基于对试验数据的分析给出了轻骨料钢管混凝土短柱火灾后轴压承载力的计算公式。结果表明,以轻质材料———陶粒为骨料制成的钢管混凝土短柱受火后仍然具有较高的承载力和良好的延性,而当钢管表面响应温度超过500℃时,试件的轴压承载力出现了明显的下降。所给出的轻骨料钢管混凝土柱火灾后的轴压承载力计算公式可作为该类构件火灾后修复计算的参考依据。     

火灾后空间混凝土框架结构的受力性能模拟

为了分析火灾后空间混凝土框架结构损伤、修复和加固后的力学性能,基于纤维单元模型和分层壳单元模型,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,将板沿截面厚度方向划分成多个层,可以考虑各个构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤或修复、加固后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python脚本语言对其进行二次开发,建立混凝土框架火灾受损分析系统(ASFCF)。进一步以一个多层多跨空间混凝土框架结构为例,利用该系统对框架在受火损伤、修复和加固后的力学反应进行了研究和对比分析。结果表明,ASFCF系统可以较为准确地进行火灾后空间混凝土框架的损伤、修复与加固后的力学性能分析。研究成果可作为评估混凝土整体框架结构火灾后的残余力学性能及修复、加固后的力学性能的理论参考。     

火灾后钢管再生混凝土柱轴压性能试验研究

对6个受火后的钢管再生混凝土柱进行轴压力学性能试验,研究混凝土材料和钢管壁厚对试件破坏形态、荷载-位移关系、荷载-应变关系的影响。研究结果表明:受火后的钢管再生混凝土柱的破坏形态为柱身向一侧弓起的屈曲破坏,且钢管上部变形严重;在钢管壁厚较小的情况下,混凝土材料对钢管混凝土柱的承载能力影响较大,但随着钢管壁厚的增加,混凝土材料影响比重迅速减小;钢管壁厚(含钢率)是影响钢管(再生)混凝土柱承载力的主要因素。     

内配型钢方钢管混凝土柱非均匀受火的耐火性能

在实际工程中,由于柱所处位置的不同,会形成单面受火、相对或相邻两面受火和三面受火等非均匀的受火边界条件。采用ABAQUS软件,计算了内配型钢方钢管混凝土柱非均匀受火时的温度场和耐火极限,发现非均匀受火时由于温度场分布的不均匀将会产生附加偏心距和附加挠度,其受火性能有别于均匀受火;同时,还计算了构件跨中接触应力和参数的变化。结果表明,柱的截面尺寸和细长比对柱的非均匀火承火能力影响较为显著。     

钢纤维陶粒钢管混凝土短柱火灾后的受力性能试验研究

在轻骨料混凝土中掺入一定量的钢纤维,可有效抑制核心混凝土微裂缝的发展,改善轻骨料钢管混凝土柱的力学性能。但目前国内外对火灾后钢纤维增强轻骨料钢管混凝土柱的受力性能还缺乏研究。通过对15根受火后及3根未受火的钢纤维增强陶粒钢管混凝土短柱力学性能的对比试验研究,讨论了不同参数的钢纤维增强陶粒钢管混凝土短柱常温及火灾后的承载力与破坏形态。重点分析了试件的钢纤维掺量、含钢率及受火条件等因素对钢纤维增强陶粒钢管混凝土短柱相关性能的影响。结果表明,钢纤维的掺入对提高常温下及火灾后钢管陶粒混凝土短柱的承载力均有一定作用,且与试件含钢率有关。在0、39 kg/m3、78 kg/m3及117 kg/m3等各个钢纤维掺量中,39 kg/m3的掺量使700℃受火条件下火灾后试件承载力的提高幅度最高,为11%;当钢纤维掺量大于39 kg/m3时,随着钢纤维掺量的增加,试件的承载力则出现下降。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。     

真实大空间建筑物火灾场模拟研究

根据一真实火灾调查报告设定了真实大空间建筑物开口情况和材料燃烧性能参数,建立了FDS(Fire Dy-namics Simulator)物理模型。计算了火灾释热速率以及着火大空间烟气的温度场和一氧化碳浓度场的变化。研究结果表明:火灾短时间发生轰燃,随后发生回燃。轰燃是导致大量人员死亡的1个重要原因;回燃没有引起各点烟气的温度和一氧化碳浓度显著的提高,但对各点烟气的温度和一氧化碳浓度的保持起到较大作用。     

三面受火的方钢管混凝土柱耐火极限

编制了预测方钢管混凝土柱三面火灾作用下高温反应的数值分析程序,并将之用于不同荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及含钢率共480种工况下方钢管混凝土柱耐火极限参数分析,得到了三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数及其影响规律。基于参数分析结果,定量给出了该受火条件下方钢管混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明:荷载比、截面边长、长细比是三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为截面边长越大,荷载比和长细比越小,构件的耐火极限越大。由于存在极强偏心,当荷载作用点偏于背火面时荷载偏心率亦有较大影响。     

方钢管再生混凝土柱滞回性能影响因素数值分析

为了研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,采用有限元软件ABAQUS开展了不同设计参数下37个足尺试件的有限元拓展分析,揭示了变化参数对滞回性能指标的影响规律。结果表明:基于滞回性能指标需求,再生混凝土可以应用于方钢管混凝土工程承重结构之中。随着含钢率的增加,滞回曲线饱满度、初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐增大。随着钢材牌号的增大,试件滞回曲线饱满度、峰值承载力逐渐增大,而初始弹性阶段刚度、延性受影响较小。峰值承载力、延性随轴压比的增大而减小,但在同一级加载位移下的耗能系数逐渐增大。随着长细比的增加,滞回曲线的饱满度越来越低,试件的峰值承载力、延性和同级加载位移下的耗能系数明显减小。随着高宽比的增加,初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐提高,但同级加载位移下试件的耗能系数逐渐减小。     

GFRP筋混凝土梁耐火性能的试验研究

进行了4根GFRP筋混凝土简支梁在ISO834标准升温曲线下的火灾实验,试件依据ACI440.1R-06进行截面设计,分别考虑了不同荷载比、保护层厚度、端部锚固方式对梁耐火性能的影响。试验结果表明,GFRP筋混凝土梁在火灾中的裂纹开展深度较传统的钢筋混凝土结构明显偏大。由于GFRP筋横向膨胀大更易造成梁底混凝土的开裂与剥落,建议在满足纵筋锚固性能要求的前提下,尽量减少端部J型锚固筋。GFRP筋在高温下的材料性能衰减严重,合理的设计保护层厚度和限制GFRP筋的使用内力,可使GFRP筋混凝土梁的耐火性能满足实际工程的需要。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能影响因素数值分析

针对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的具体情况,建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,研究节点在单调加载和低周反复加载作用下的受力机理,着重分析了钢材强度、混凝土强度等级变化、轴压比大小等因素对节点单调加载和低周反复加载下受力性能的影响,为该节点设计提供理论依据。     

高强再生混凝土柱大偏压性能试验研究

为了解再生粗骨料高强混凝土柱的压弯力学性能,进行了4根大尺寸钢筋混凝土柱大偏心受压重复荷载试验,包括方形与圆形两种截面柱,方形截面边长为600 mm×600 mm,圆形截面直径为675mm。研究变化参数为再生粗骨料取代率。在试验基础上,分析了其破坏特征、承载力、刚度及截面应变发展规律。结果表明,不同截面形式的再生粗骨料高强混凝土柱,其大偏压破坏过程、破坏形态、刚度退化、截面应变发展规律与普通混凝土柱的没有明显区别。参照现行混凝土结构设计规范的相关设计公式计算其极限承载力,计算结果与试验结果符合良好,计算精度能够满足工程要求。