纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法北大核心CSCD

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

纯拉荷载下厚型钢结构防火涂层破损的评估方法

厚型钢结构防火涂层因耐火性好、性能稳定而成为最常用的防火保护形式之一,但其易在地震和冲击等作用下发生破损和脱落,从而影响钢结构的抗火性能。运用有限元分析软件ANSYS对钢板在纯拉荷载下的涂层破损试验进行模拟,验证了有限元模型;然后选取几何尺寸、涂层材性、钢板-涂层界面参数等进行参数分析,确定界面破损的主要影响因素有涂层厚度、涂层弹性模量、界面粘结强度等;涂层横向裂缝破损的主要影响因素有涂层抗拉强度、涂层弹性模量等。在参数分析的基础上,提出纯拉荷载下钢板件涂层破损评估方法,并得到了试验的验证。     

湿热老化后膨胀型钢结构防火涂层导热系数数值计算

通过对已有多孔材料导热系数计算模型的总结和分析,提出了湿热老化后膨胀型钢结构防火涂层导热系数的计算模型。为考察该模型的计算精度,进行了湿热老化试验及隔热性能试验,测量涂层膨胀倍率、炭化层泡孔尺寸和钢板温度等数据。结果显示,湿热老化后炭化层泡孔尺寸增大导致涂层导热系数增大,隔热性能下降,钢板温度上升。利用本文试验测量数据(泡孔尺寸)计算炭化层导热系数,再根据炭化层导热系数的数值计算结果分析钢板温度,并将钢板温度的计算结果与试验结果进行对比,两者吻合良好,验证了膨胀型防火涂层导热系数计算模型的适用性。     

CFRP加固混凝土梁不同防火材料保护设计方法北大核心CSCD

碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢筋混凝土结构是目前广泛应用的加固方法之一,但由于CFRP加固构件的耐火性能较差,需进行必要的防火保护。在课题组前期进行的不同防火材料保护的CFRP加固混凝土梁耐火性能试验研究基础上,运用ANSYS有限元分析程序,分别对采取厚型防火涂料、超薄型防火涂料和水泥砂浆作防火保护材料的CFRP加固混凝土梁进行了耐火性能计算分析,结果表明,防火保护层厚度、荷载比、跨高比是影响CFRP加固混凝土梁耐火性能的主要因素,而加固量对耐火性能的影响相对较小。在此基础上,以满足一级耐火极限(≥2.0h)要求的梁跨中挠度限值为标准,根据试验研究及有限元参数分析结果,拟合得到不同防火材料在一级耐火极限要求下的防火保护层厚度计算公式,并给出了3种材料防火保护的合理构造措施,为CFRP加固混凝土梁的防火保护提供了设计方法。     

CFRP加固混凝土梁不同防火材料保护设计方法

碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢筋混凝土结构是目前广泛应用的加固方法之一,但由于CFRP加固构件的耐火性能较差,需进行必要的防火保护。在课题组前期进行的不同防火材料保护的CFRP加固混凝土梁耐火性能试验研究基础上,运用ANSYS有限元分析程序,分别对采取厚型防火涂料、超薄型防火涂料和水泥砂浆作防火保护材料的CFRP加固混凝土梁进行了耐火性能计算分析,结果表明,防火保护层厚度、荷载比、跨高比是影响CFRP加固混凝土梁耐火性能的主要因素,而加固量对耐火性能的影响相对较小。在此基础上,以满足一级耐火极限(≥2.0h)要求的梁跨中挠度限值为标准,根据试验研究及有限元参数分析结果,拟合得到不同防火材料在一级耐火极限要求下的防火保护层厚度计算公式,并给出了3种材料防火保护的合理构造措施,为CFRP加固混凝土梁的防火保护提供了设计方法。     

确定厚型防火涂料高温导热系数的实用方法

目前,厚型防火涂料高温导热系数的取值尚不清楚,因而无法准确地对厚型防火涂料保护的结构进行抗火理论分析和设计。针对这一问题,本研究将厚型防火涂料视为主要由粘结基料和隔热骨料所组成的复合物,利用并联和串联2种计算模型,分别建立了厚型防火涂料的高温导热系数计算公式;采用得到的高温导热系数值进行温度场分析,并将计算值与实测值进行对比。结果表明,利用并联模型公式得到的厚型防火涂料高温导热系数取值最为合理。据此,给出了确定厚型防火涂料高温导热系数的实用方法,为解决厚型防火涂料高温导热系数的取值问题提供了一条有效途径。     

钢结构纤维防火涂料往复大变形及疲劳性能研究

为研究钢结构纤维防火涂料往复大变形和疲劳性能,分别对涂有防火涂料的试件进行了往复和疲劳试验。往复试验采用悬臂柱,疲劳试验采用两端简支梁进行实际受力的模拟。得到了涂料在往复荷载和疲劳荷载下的裂缝发展过程以及破坏模式,并对试验结果进行了分析。结果表明,在往复荷载试验中,试件接近屈服时,涂料开始出现肉眼可见裂缝。随后裂缝逐渐发展,在试件完全屈服且翼缘局部失稳的情况下,涂料出现宽度较大的裂缝,但是并未脱落。承受疲劳荷载作用时,涂料在100万次疲劳荷载作用后,开始出现细微裂缝,最终钢构件先于涂料破坏。通过试验分析,得到了裂缝发展的主要影响因素,检验了纤维防火涂料的往复大变形和疲劳性能。     

栓钉连接件、锚固及降温方式对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响∗

为研究降温方式、锚固长度、栓钉连接件(焊接栓钉)及其位置对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响,设计了 12 个高温喷水后型钢再生混凝土试件和 2 个高温后型钢再生混凝土试件进行推出试验。试验过程中观察了型钢再生混凝土试件的推出过程及破坏形态,获取了各试件的荷载滑移曲线及其特征点参数,分析了变化参数对其特征点参数的影响规律。结果表明,高温喷水后带栓钉型钢再生混凝土破坏后会在栓钉所在处产生横向裂缝,其加载端与自由端荷载滑移曲线的差异也很大;高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度均随历经最高温度的上升而下降;历经最高温度为 400 ℃时,高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度低于高温后型钢再生混凝土,l_a=250 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土黏结强度和弹性黏结抗剪刚度也低于 l_a=400 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土,历经最高温度为 600 ℃时则反之;栓钉连接件对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递性能的提高显著,特别是将其设置在型钢腹板处。     

高温后型钢再生混凝土界面黏结性能试验研究∗

为了研究高温后型钢再生混凝土界面黏结性能,对20个型钢再生混凝土试件进行了高温后静力推出试验,设计变化参数包括再生粗骨料取代率和历经最高温度.试验获取了试件加载端与自由端的荷载—滑移曲线及特征点参数,并基于试验数据,深入分析了试件高温前后的物理力学性能变化、受力破坏过程以及各变化参数对型钢再生混凝土高温后黏结滑移性能的影响规律,探讨并提出了高温后型钢再生混凝土黏结强度计算公式.研究结果表明:加载端和自由端荷载—滑移曲线相似,但加载端比自由端滑移更旱;随着历经最高温度的升高,试件表面颜色由深变浅,历经温度超过400℃后,试件表面混凝土出现裂缝,并且历经温度越高表面裂缝越多、越宽,随温度的升高,试件黏结强度显著降低;当0％≤r≤50％时,黏结强度不断增大,当50％＜r≤100％时,黏结强度有所降低,且再生混凝土试件的黏结强度比普通混凝土试件大;型钢再生混凝土高温黏结损伤发展过程与历经温度有关,历经温度越高,其黏结损伤发展较迟缓,同时,历经最高温度越高,试件的耗能能力越强;高温后型钢再生混凝土黏结强度的计算公式被提出,且计算值接近试验值.     

混凝土锈胀开裂的抑制措施

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性最重要的因素。钢筋锈胀体积膨胀,对周围混凝土产生压力,继而导致保护层的受拉开裂,出现锈胀裂缝,这对结构整体的安全性和耐久性十分有害。研究混凝土锈胀裂缝的抑制措施,对提高结构的耐久性具有重要意义。从结构构造入手,以快速通电加速纵向钢筋锈蚀的方法,研究了混凝土保护层厚度和箍筋间距对混凝土构件锈胀开裂的影响;同时通过计算机仿真,对试验构件进行了数值试验。在此基础上,建立了构件表面应力与混凝土保护层厚度及箍筋间距的相关关系,得到了不同保护层厚和箍筋间距对试件表面锈胀裂缝的影响规律。     

火灾高温下CFRP加固钢筋混凝土梁温度场分析

综合国外CFRP加固混凝土结构抗火试验相关研究,总结了CFRP的高温热工性能参数。用ANSYS软件对火灾高温下不同情况(无防火保护层和有防火保护层)和不同工况(防火涂料涂抹形式)下CFRP加固后的钢筋混凝土梁进行了温度场数值模拟研究。结果表明,防火涂料厚40 mm时,梁耐火极限可达2.5小时以上,且底面和两侧面全面涂抹防火涂料的防火效果最好。本文研究有助于进一步深入认识CFRP加固钢筋混凝土结构在高温下的力学性能和耐火极限,且对CFRP加固后的结构防火设计具有一定的指导意义。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温弯矩分析

目前国内外对混凝土结构的抗火性能评估几乎都是针对独立构件开展的,很少考虑相邻构件之间的相互约束作用。实际火灾调查与明火试验表明,结构中构件的火灾行为与独立构件有着较明显的差别。本文开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,揭示了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁的梁端弯矩的影响规律。在此基础上,给出了高温下约束加固梁的梁端弯矩实用计算方法。研究表明:①随着升温时间的增加,约束加固梁的梁端弯矩总体呈现先逐渐增大而后渐趋平缓的趋势;②防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端弯矩影响显著。     

水性膨胀型防火涂料的现状和应用

钢结构是现代建筑工程中较普遍的结构形式之一,具备重量轻、机械性能好、可承受较大的荷载及制作和安装机械化程度高的特点。随着城市规模的发展,钢结构在我国建筑业具有非常广阔的应用前景。但由于其自身抗火能力差,在火灾高温作用下,其力学性能如屈服强度、弹性模量等会随温度升高而降低,一般在15min左右即丧失承重能力而垮塌,需采取保护措施使其温度不超过临界点才能在火灾中保持稳定性。涂敷钢结构防火涂料,施工简单、重量轻、耐火时间长且不受钢结构几何形状的制约,具有良好的经济性和实用性。随着环保意识的增强,国内外越来越多的建筑提倡绿色环保理念,参与三星或LEED认证体系的评级认证。水性膨胀型防火涂料凭借其优异的环保、施工安全和防火性能,开始逐渐受到众多业主和设计师的青睐。本文从防火原理、技术特点、防火领域的国内外认证、施工和质量管理的角度,浅谈水性膨胀型防火涂料的性能和发展现状,同时也讨论了目前防火涂料存在的一些问题。     

大型建筑构件在突发性事件中的抗火性能分析

针对地震、恐怖袭击等突发性事件引起的次生火灾对大型建筑的破坏特点,比较了大型建筑与普通建筑在结构抗火性能上的差异;利用轴向非均匀温度应力模型,对大型建筑构件的抗火性能与结构抗火计算进行了分析,疏理归纳出了部分性能特征;提出了一套用于这类火灾特点的构件抗火计算理论方法。     

约束混凝土梁的升降温全过程弯矩分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土梁的升降温全过程梁端弯矩分析;考察了转动约束刚度比、轴向约束刚度比、截面尺寸、荷载比、全截面配筋率和升温时间等参数对梁端弯矩的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行对比,给出了梁端弯矩的实用计算方法。研究结果表明:对于先升温、后降温的约束混凝土梁梁端弯矩的变化,总体表现出与单调升温类似的特征,主要区别在于后期因降温作用而呈现出缓慢降低的趋势;转动约束刚度比对梁端弯矩的影响集中在升温前期,在此时段内,梁端弯矩随着转动约束刚度比的增加而增大,但增幅逐渐趋缓;升温后30 min以内,轴向约束刚度比的改变对梁端弯矩几乎没有影响;之后,梁端弯矩随着轴向约束刚度比的增加而逐渐减小。     

非膨胀型防火涂料的等效热传导系数及其试验方法

热传导系数是表征非膨胀型防火涂料隔热性能最重要的参数,也是进行钢构件升温计算所必需的参数。非膨胀型防火涂料的热传导系数随温度升高有较大变化,采用常温下的热传导系数来计算钢构件在火灾下的温度将导致较大的误差。从工程应用角度,热传导系数采用一个常数可极大地简化计算,因此本文提出了等效热传导系数的概念及其试验方法。该方法基于非膨胀型防火涂料保护钢构件标准耐火试验,可综合反映涂料在火灾下的实际性能。试验与理论计算的对比表明,采用等效热传导系数可相当精确地模拟非膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升温。     

钢结构高温响应影响因素的研究

根据考虑几何和材料非线性及温度沿杆件截面高度线性分布等因素对钢结构常温和高温响应影响的基本方程,用自行编制的计算程序对单层双跨钢框架进行结构非线性温度响应研究,分析了弯曲应变、屈强比、梁柱刚度比、初始弹性模量等因素对结构响应的影响,并研究了温度步长、保护层厚度对结构耐火时间的影响.由计算结果发现,弯曲应变、初始弹性模量...     

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。     

钢框架厂房火灾后的破坏形态

端部约束不同的构件在火灾中的破坏形态不同,研究整体结构构件在火灾中的破坏形态,可以为钢结构抗火研究与设计提供依据。某钢结构框架厂房发生火灾,大火历时3个多小时,火场最高温度达1000°C以上。火灾后,框架梁均有不同程度的破坏,钢梁端部下翼缘屈曲破坏较普遍;由于钢梁顶没有设置抗剪键,钢梁与顶部的混凝土现浇楼板脱开,火灾后残留有较大的挠屈变形;钢柱在火灾后未有明显的破坏现象,但有侧向变形产生。这些现象与实验室中标准试验的结果不同。     

CFRP加固高强混凝土梁锚固方式试验研究

高强混凝土梁受拉底面粘贴补强纤维布后,延性降低显著。为提高补强梁的综合性能,利用四点弯曲梁静载试验,在补强加固梁梁端及跨中实施不同的锚固方式,对比不同锚固组合下加固梁的强度和延性。研究表明:端部U锚能改善加固梁破坏模式,提高加固梁的延性和强度及补强纤维布的利用率。端部U锚联合跨中全包锚固能进一步提高加固梁的延性,显著提高补强纤维布的利用率,且能平衡变形性和承载力在安全储备中的比重;在补强纤维布断裂后,能有效限制补强纤维布的剥离和滑移,继续发挥补强作用,使加固梁延性和强度得以恢复;能对包裹区混凝土产生约束作用,提高混凝土的延性。因此端部U锚联合跨中全包锚固是合理且有充分安全储备的锚固方式。