铝合金空间结构抗火性能研究进展

铝合金材料在高温下的力学性能较差,考虑到铝合金结构常用于重要大型空间结构,其抗火性能与人员生命财产安全密切相关,对国内外近年来关于铝合金空间结构抗火性能的研究进行了系统综述与分析。首先,总结了有关铝合金结构高温性能的研究,包括材料的高温性能、构件和节点的高温性能和空间结构的整体抗火性能等。随后,指出了大空间火灾与一般室内火灾的不同,并对比了各种大空间火灾温度场确定方法的优缺点;总结了有关钢结构构件在火灾下温升的确定方法,并强调了火焰辐射在大空间火灾下的重要影响;阐述了有关大空间结构整体抗火性能的研究;介绍了性能化抗火设计思想及其优越性。最后,总结了有待解决的关键问题和需进一步开展的工作。     

钢筋混凝土结构抗火研究进展

在大量阅读中外文献的基础上，总结了目前国内外钢筋混凝土结构抗火研究的现状和成果，包括：钢筋混凝土结构在火灾中所处的环境；材料、构件及结构的高温性能；结构的抗火设计方法和灾后结构的损伤评估和修复加固方案等4个方面。最后，对其未来的研究方向进行了展望。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

原煤自燃温升对煤码头堆场坑道混凝土构件性能的影响

自燃现象在原煤储运码头堆场经常发生,并对堆场的混凝土构件造成一定程度的影响。自燃与建筑物遭受火灾对混凝土结构的影响有一定的差别,自燃的影响以温升为主。混凝土在持续高温下将产生一系列的物理化学变化,这些变化是结构混凝土在持续温升中产生损伤的主要原因。本文通过原煤自燃火灾对煤码头堆场坑道混凝土构件性能影响的调查,总结特定状态下混凝土构件受持续高温作用的性能,为码头坑道混凝土构件的维护及设计提供参考。     

受火钢筋混凝土柱三维温度场的数值模拟

受火构件内部温度场随时间和空间的变化规律对结构和构件的高温响应和抗火性能是至关重要的。应用通用有限元分析程序ABAQUS,对火灾下钢筋混凝土柱的二维温度场和三维温度场进行了有限元分析计算。所得计算结果与相关试验数据吻合,证明了通过通用有限元软件对钢筋混凝土结构进行三维温度场分析的可行性,也为混凝土结构在高温下以及高温后的三维响应分析提供了理论依据。     

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。     

高温下栓钉剪力连接件的结构性能数值模拟研究

目前,钢混凝土组合梁由于其具有截面高度小、自重轻、延性好等优点而广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。钢混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板通过剪力连接件共同作用,钢混凝土组合梁的性能很大程度上依赖于剪力连接件的性能,因此剪力连接件是组合梁中的关键部位。栓钉是目前最常用的柔性剪力连接件。本文采用有限元软件ABAQUS,较系统地研究了高温下组合梁中栓钉破坏形态、破坏机理、抗剪承载力和荷载—滑移规律性能,为高温下组合梁抗火性能研究提供基础。模型中混凝土、栓钉和钢梁采用实体单元模拟,材料的力学特性和热工特性参数根据欧洲规范(EN 1994-1-2)。本文先用文献中的试验结果验证了数值模型的可靠性,并进一步研究了不同栓钉直径和不同混凝土强度等级时的高温下栓钉承栽力折减系数。研究表明,欧洲规范中高温下栓钉承栽力的计算公式是合理的,能较准确地预测栓钉在高温下的承栽力。     

智能组件技术在智能变电站中的应用

预应力混凝土板因具备自重轻、跨度大等特点,广泛应用于建筑结构和桥梁结构中。但是,当这种结构受到火灾荷载作用时,其承栽能力就会大幅下降。在高温下,混凝土和预应力筋的力学性能都会劣化,进而造成板的大挠度变形甚至破坏。本文对后张无粘结简支预应力板建立了数值分析模型,其中混凝土和预应力筋采用实体单元模拟,受力筋和分布钢筋采用桁架单元模拟。模型中材料的力学特性和热工特性参数取自文献[15]。采用文献中的试验结果验证了该数值模型的可靠性,并进一步研究了混凝土受热膨胀系数、板的不同区域受火和不同的火灾场景等因素对火灾荷载作用下后张无粘结预应力混凝土简支板的挠度以及预应力的影响,得出了初步结论。     

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。     

火灾作用下隧道结构力学响应及稳定性分析∗

隧道火灾会引起衬砌结构发生高温损伤,威胁隧道运营安全。从材料微观物理化学变化出发,研究了混凝土中水化物的热分解和骨料力学性能的高温劣化过程,揭示了其在火灾等高温作用下宏观力学性能的劣化机理,建立了相应的高温损伤分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑了温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。以上海某软土地区盾构隧道为算例,分析了不同火灾持续时间作用下衬砌结构的高温损伤过程,得到了衬砌结构在温度和力学荷载共同作用下的应力状态、围岩变形及隧道稳定性的变化规律,为隧道衬砌结构的防火设计及灾后评估与修复提供参考。