钢管混凝土叠合柱温度场试验研究

研究了ISO-834标准火灾作用下钢管混凝土叠合柱的温度场。完成了8根叠合柱的火灾试验,考虑因素包括试件截面尺寸、截面类型和含管率。建立了有限元模型,并对试验结果进行参数分析。以方形截面叠合柱为例,分析了火灾时间、受火方式、截面尺寸、长细比、含管率、纵筋配筋率等参数变化对截面温度场的影响规律。火灾时间相同情况下,试验结果表明:(1)含管率相同时,截面尺寸越大,柱内温度越低;(2)截面尺寸相同时,含管率的变化对柱内温度场影响较小;(3)方形截面柱的边长和圆形截面柱的直径相同时,方形截面柱内温度低于圆形截面柱内温度。有限元模型模拟结果表明:火灾时间、截面尺寸和受火方式是影响叠合柱温度场分布的主要因素。     

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。     

三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。     

三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析北大核心CSCD

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。     

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。     

接触热阻对火灾下组合结构构件截面温度场的影响

结构的高温性能与抗火设计是工程设计中应解决的关键技术问题之一,对确保火灾下人民生命财产安全至关重要。对于以钢管混凝土柱、组合扁梁以及钢-混凝土组合楼板等为代表的钢-混凝土组合结构构件,由于截面构成相对复杂,致使其温度场分析以及后续的高温性能分析具有较强的特殊性。已有的针对组合结构构件的温度场分析模型中,多数研究者忽略或仅间接考虑钢与混凝土界面的接触热阻,使其分析结果无法反映组合构件这类具有复合接触界面的多梯度温度分布特性,其对温度值的预测也随之偏离实际情况。为此,针对钢管混凝土柱、组合扁梁以及钢-混凝土组合楼板3类组合结构构件,总结分析了有关考虑接触热阻的温度场分析模型,并结合作者的相关研究成果,重点讨论了如何在温度场分析模型中有效考虑界面上接触热阻,以及接触热阻对组合结构截面温度场的影响,为科学评价组合结构的抗火性能提供前提与基础。     

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。     

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。     

火灾下型钢混凝土异形柱温度场分析

为了分析型钢混凝土异形柱的耐火极限及火灾后的力学性能,为试验研究做好充分的前期准备,本文采用有限元分析软件ANSYS对型钢混凝土异形柱截面温度场进行数值模拟,得出了柱截面在不均匀受火情况下的温度场分布规律。结果表明,在两面受火的情况下,L形柱的凹角处的温升低于其它部位;由于型钢的存在,加快了柱截面内部温度的热传导;距离受火面相同的深度处的混凝土与型钢的温度不同,因此有必要研究损伤差异对承载力和两者粘结滑移造成的影响。     

火灾下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接的力学性能

为了研究钢管混凝土框架梁柱半刚性连接的抗火性能,利用ABAQUS软件进行了火灾作用下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点的热力耦合性能的数值模拟。确定了高温下钢材和核心混凝土的材料本构关系模型,建立了考虑楼板影响的钢管混凝土框架外伸端板连接节点的有限元计算模型,对三面受火和外荷载共同作用下节点的受力全过程进行了分析。详细分析了荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度、材料特性、构件几何尺寸等参数对节点耐火极限的影响。结果表明,荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度和钢梁截面高度对组合节点耐火极限的影响较显著。该研究结果将为火灾下半刚性钢管混凝土框架的设计理论提供科学依据。     

相对两面受火下钢管混凝土叠合柱力学性能分析

为研究钢管混凝土叠合柱在偏心荷载和相对两面火灾共同作用下的耐火性能，文中基于ABAQUS有限元软件，采用热力顺序耦合的方法，分别建立了叠合柱温度场模型和力学分析模型，并用已有试验数据进行验证。利用数值模型对钢管混凝土叠合柱在相对两面火灾作用下的温度场变化、破坏形态和内力重分布等力学性能进行分析；基于参数分析结果，给出了钢管混凝土叠合柱在相对两面受火下耐火极限的简化计算公式。研究结果表明：叠合柱在相对两面受火下达到耐火极限时，叠合柱的破坏类型为整体弯曲破坏，温度场呈双轴对称分布；荷载比、长细比、核心面积比、含钢率、外围混凝土强度和截面尺寸是影响钢管混凝土叠合柱耐火极限的主要因素。     

基于纤维模型的受火后混凝土框架的有限元分析

为了分析受火后混凝土框架结构的残余力学性能,基于纤维模型的思路,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤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编程语言对其进行二次开发,将SAP2000建立的模型文件导入到ABAQUS中,对基于纤维模型的混凝土框架进行受火后的温度场分析和非线性力学分析。通过一个多层多跨三维混凝土框架火灾反应的实例,对该框架在受火后的力学反应进行了分析,可为评估混凝土框架结构受火后的残余力学性能提供参考。     

钢管混凝土叠合柱非均匀受火性能研究

以往对柱构件抗火性能的研究都是以四面均匀受火为前提的,但工程实际中还可能会遇到单面、两面、三面等非均匀火灾。因此,针对钢管混凝土叠合柱在非均匀受火条件下的性能展开了系统的研究。首先选取了高温下钢材和混凝土合理的热工参数、热力学本构模型,然后借助ABAQUS有限元分析软件,分别建立了钢管混凝土叠合柱的热分析模型和力学分析模型,并用已有试验数据进行了验证,二者吻合良好。最后对非均匀受火条件下钢管混凝土叠合柱的温度分布、破坏形态、内力变化以及钢管与内外混凝土的相互作用等进行了深入细致的分析,为揭示其在非均匀受火条件下高温破坏的内在机理及合理设计该类构件提供参考。     

钢筋桁架装配式密肋楼盖火灾行为试验研究∗

为适应当前装配式建筑发展需求,提出了一种新型装配式密肋楼盖体系,该楼盖由预制钢筋桁架现场拼装形成钢筋骨架,纵横向钢筋桁架节点处采用特制螺栓连接件形成整体,并利用预制物理发泡轻质混凝土块作为填充物,置于相邻桁架之间起到隔热保温效果,在钢筋桁架和泡沫混凝土块上方铺设预制钢筋网,现场浇筑高流动混凝土形成楼盖肋梁和面层结构。同时,研发了与该装配式楼盖匹配应用的条带式、可循环使用的铝合金模板,避免了满堂模板布设,该楼盖具有节省自重、轻质高强、装配便捷的特点。为掌握该楼盖在火灾(高温)下的性能,对两块该楼盖试件进行自然火灾试验,研究了不同区格条件下混凝土温度场分布、钢筋温度、裂缝模式等火灾行为,试验结果发现,两个试件在均布荷载下经历了 2 h 的火灾作用后,楼盖结构未发生任何严重损伤,泡沫混凝土块未脱落, 具有良好的抗火性能,能够满足现行规范对楼盖耐火极限要求。在火灾作用下沿肋板厚存在非线性温度场和较大的温度梯度,且越靠近板底温度梯度越大;与炉温相比,混凝土和钢筋均存在明显的温度滞后效应。采用有限元软件 ABAQUS 建立了该楼盖的温度场模型,模拟分析结果与试验进行对比,二者吻合较好,验证了温度场模型的有效性,能够为预测火灾(高温)下该楼盖的性能提供技术支撑。     

火灾下配有钢管的钢骨混凝土柱温度场有限元分析

利用ABAQUS有限元分析软件建立了配有钢管的SRC柱温度场的有限元分析模型,模拟火灾作用下各个时刻构件的三维温度场分布,并利用试验结果对模型进行了验证,计算结果与实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面周长、型钢含钢率和截面核心面积比对构件温度场的影响规律。研究成果为进一步深入研究配有钢管的SRC柱高温下的力学性能创造了条件。     

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。     

调度自动化系统实时信息分层分流构建

火灾作用下混凝土构件的承载能力总体不断下降且具有明显随机性,采用抗火可靠指标可较好地评估构件的火灾安全性。本文针对混凝土轴压柱的高温承载能力极限状态,考虑材料强度变异性导致的柱高温极限承栽力的随机性,以及高温下柱荷栽效应组合的随机性,采用JC法计算给出了ISO834标准升温曲线作用下不同受火时间对应的柱抗火可靠指标,讨论了主要参数对该可靠指标的影响规律;并根据我国现行建筑防火规范,通过分析和参照对比,初步提出了混凝土轴压柱抗火可靠指标的目标建议值。研究认为:(1)截面尺寸越小,柱抗火可靠指标随受火时间增加而下降的速率越快;(2)现行规范给出的截面(200×200)mm、(240×240)mm、(300×300)mm 3种柱在各自耐火极限时刻的抗火可靠指标较为接近,但截面(370×370)mm柱的抗火可靠指标却明显偏低;(3)混凝土轴压柱的目标抗火可靠指标建议取为1.6。     

钢管混凝土组合柱在标准火与真实火中的行为比较

以实际工程中常用的钢管混凝土组合柱为研究对象,通过ABAQU S大型有限元软件模拟钢管混凝土组合柱在标准火和真实火中的截面温度分布、应力、变形、破坏形态、耐火极限等力学行为。其中标准火选用ISO-834标准火模型,真实火采用欧洲规范Eurocode 1 Part 1-2中的参数火模型来近似模拟真实火灾的温度—时间关系。研究发现,钢管混凝土柱在两种火场环境中的行为差异很大,真实火中的冷却过程对钢管混凝土的破坏起重要的影响。基于本研究,还初步得到火灾过程中环境温度的升温速度、柱火灾荷载比等对钢管混凝土组合柱的抗火性能的影响。     

钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力试验与有限元分析

为研究圆钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力,在标准升降温全过程曲线作用下,进行了在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的6根圆钢管钢筋混凝土短柱的明火试验;基于ABAQUS有限元分析软件建立了钢管钢筋混凝土轴压短柱温度场和火灾后力学场分析模型,模型分析结果与试验结果吻合较好,并利用该模型对影响圆钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要参数进行分析。试验结果表明:钢管钢筋混凝土短柱受火后仍具有较高的承载力;升温时间和构件的截面尺寸是影响圆钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要因素;基于常用范围内参数提出圆钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力的实用计算式,可为实际工程中该类构件的火灾后加固提供参考。     

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。