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。     

H型钢混组合梁耐火极限时间研究∗

为探究 H 型钢混组合梁的耐火极限时间,采用 ANSYS 软件建立 H 型钢混组合梁的热-结构耦合计算模型, 分析了火源类型、外荷载大小、腹板厚度、受火区长度对 H 型钢混组合梁耐火极限时间的影响。结果表明：在设定的火灾场景下,油罐车燃烧时 H 型钢混组合梁的耐火极限时间为 36 min,而小汽车的燃烧不会造成 H 型钢混组合梁的下挠破坏;外荷载越大、腹板越薄、受火区越长,H 型钢混组合梁的耐火极限时间越短,其耐火极限时间最多分别缩短了 11、8、8 min。在此基础上提出了提升 H 型钢混组合梁耐火极限时间的建议。     

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。     

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。     

震后火作用下多层钢框架基于火灾荷载密度的易损性分析∗

与地震易损性相比 ,结构震后火的易损性研究尚未深入 。 以三层三跨平面钢框架为研究对象 ,采用 ABAQUS 进行建模,选取火灾荷载密度作为火灾强度指标,同时将耐火极限作为破坏状态指标,采取拉丁超立方法生成了 50 个结构样本,对钢框架进行震后火作用下耐火极限分析和易损性分析,并给出了不同损伤程度的四种破坏状态。研究结果表明：震后火作用下钢框架失效概率随火灾荷载密度的升高而增加;当火灾荷载密度达到最大值时,大震下钢框架发生轻微破坏、中等破坏和严重破坏的概率较高,出现倒塌破坏的概率相对较低;对比三水准地震设防烈度下火灾易损性曲线,随着地震烈度的升高,钢框架发生严重破坏和倒塌破坏的概率也随之增大。     

基于改进RABT升温曲线分析受火地铁隧道管片温度场

既有耐火试验标准升温曲线用于模拟地铁区间隧道火灾场景存在局限性。提出了改进RABT(IRABT)标准升温曲线模型,该模型基于既有耐火试验标准升温曲线,同时考虑了地铁区间隧道火灾的峰值温度、受火持时与升温速率等特征,且包含线性降温段,可设置降温时点,以描述实际火灾场景。采用结构抗火有限元分析软件SAFIR,对1/3缩尺地铁隧道管片的耐火试验进行了IRABT标准升温曲线下的数值模拟,获得了5种不同火灾工况下管片温度变化及截面温度场分布,所对应的IRABT模型分别为:峰值温度700℃与800℃,降温时刻为60min;峰值温度900℃,降温时刻分别为60、45、30min。模拟结果表明,进入降温阶段后,管片受火面20mm以上区域,温升仍将持续,且距离受火面越远,温升持续时间越长;距离受火面90mm以上至管片顶部,已没有明显降温段出现,该区域始终保持升温趋稳状态。降温开始30min后,受火面温度开始低于紧邻的管片内温度;受火试验结束的180min时刻,整个管片内部温度场峰值出现在距受火面40~60mm范围内。同一升温曲线降温时点越迟,则管片近受火面及顶面区域的最终温度越高。因此,对于实际地铁区间隧道火灾,应尽量在升温初期对火势加以有效控制,避免进入恒温传热阶段,可减轻管片混凝土传热破坏程度。该分析结果可为研究地铁隧道衬砌结构受火性能退化提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

火灾模型对钢交错桁架结构性能化抗火设计的适用性分析

对目前性能化防火设计中常用的4种火灾作用模型进行了分析和总结,并运用这4种模型对钢结构交错桁架在火灾时的热环境进行了模拟,分析不同火灾作用模型下该体系的结构响应,研究不同火灾作用模型对交错桁架结构性能化抗火设计的适用性。研究表明:火源功率、火灾载及火灾持续时间等因素对钢结构交错桁架的抗火分析具有重要影响。国际标准升温曲线和参数化室内升温曲线不考虑火源功率、建筑通风口等因素,缺乏针对性,分析结果偏于保守;区域模型所得温度偏低,不宜用于交错桁架结构的性能化抗火设计;场模型考虑了火源功率及环境温度分布的不均匀性,和实际火灾较接近,计算结果相对较为准确,可用于结构的性能化防火设计。     

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。     

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。     

局部火灾引起整体钢结构倒塌初始破坏机理的试验研究

为研究局部火灾下整体钢结构倒塌的初始破坏机理,分别考虑中柱及边柱受火破坏类型,设计了4个平面钢框架结构进行火灾试验研究。试验在立体火灾试验炉内进行,采用恒载升温模式。试验过程中,首层中柱或边柱以及与之相连的钢梁受火,中间层钢柱和梁柱节点采取防火保护措施,受火柱底部与自制测力支座通过螺栓连接。通过试验得到了受火梁、柱的温度场分布和位移反应的变化规律,以及受火中柱的轴力变化过程,对引起整体钢结构倒塌的初始破坏过程和破坏机制进行了分析。     

装配式钢牛腿连接节点耐火性能试验研究∗

为了解一种新型装配式钢牛腿节点的抗火性能，进行了 3 个 ASTM?E119 升温模式下钢牛腿节点抗火性能试验，参数包括不同肋板厚度、不同荷载大小和偏心距。获得了钢牛腿的温度分布、节点变形、破坏形态和耐火极限。 建立了节点抗火分析有限元模型，通过与试验数据对比验证了模型的准确性。研究结果表明：肋板温度达 700 ℃时节点承载能力剧烈下降，栓钉温度达 660 ℃左右时节点达到极限状态。节点的破坏由肋板屈曲和栓钉拉断控制，破坏呈现出一定的脆性(变形急剧增大)。随偏心距和荷载的增大钢牛腿的耐火极限减小；随肋板厚度增大节点耐火极限增大，但增加的幅度有限。栓钉和肋板的破坏临界温度可为连接节点的抗火设计提供参考。     

局部火灾引起整体钢结构倒塌初始破坏机理的试验研究北大核心CSCD

为研究局部火灾下整体钢结构倒塌的初始破坏机理,分别考虑中柱及边柱受火破坏类型,设计了4个平面钢框架结构进行火灾试验研究。试验在立体火灾试验炉内进行,采用恒载升温模式。试验过程中,首层中柱或边柱以及与之相连的钢梁受火,中间层钢柱和梁柱节点采取防火保护措施,受火柱底部与自制测力支座通过螺栓连接。通过试验得到了受火梁、柱的温度场分布和位移反应的变化规律,以及受火中柱的轴力变化过程,对引起整体钢结构倒塌的初始破坏过程和破坏机制进行了分析。     

火灾下压型钢板混凝土组合楼板薄膜效应试验研究北大核心CSCD

压型钢板混凝土组合楼板是由混凝土与压型钢板组成且共同受力的一种楼板形式,具有施工便捷、受力合理、材料性能充分利用等优点。为了研究火灾条件下压型钢板混凝土组合楼板的承载机制以及破坏模式,采用ISO-834标准升温曲线,对2块压型钢板混凝土组合楼板进行了火灾条件下的试验研究,考察了组合楼板在火灾作用下板顶与板底的裂缝开展和分布情况,揭示了火灾下组合楼板的破坏模式,给出了楼板内部不同位置处的挠度—时间曲线、温度—时间曲线。通过对试验结果的对比分析,证明了受拉薄膜效应力是建筑火灾楼板体系的最终承载力。