混凝土轴压柱的抗火可靠指标初探

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。     

表面设置防火涂料高强混凝土柱的耐火极限

前期试验表明,表面设置厚度20 mm的某非膨胀型防火涂料可较好地抑制高强混凝土的高温爆裂。本文通过试验反算给出了该涂料对应不同温度区间的平均导温系数;随后,利用结构抗火分析软件SAFIR对表面设置该涂料的高强混凝土柱的耐火极限进行了计算分析,考察了截面尺寸、轴压比、荷栽偏心率及配筋率等因素的影响,在此基础上提出了相应的高强混凝土柱耐火极限实用计算公式。研究结果表明：①该涂料的平均导温系数随温度升高有所降低;②表面设置厚度20 mm的该涂料可明显提高高强混凝土柱的耐火极限,提高幅度达40%～350%。     

钢筋混凝土夹芯节点抗剪承载力可靠度分析

高层建筑结构中,中底部几层柱混凝土强度往往高于梁板混凝土的强度等级,为施工方便或施工技术不当,形成夹芯节点。当梁柱混凝土级差过大时,节点承载力不能满足要求。结合某一实际工程项目用Monte-Carlo法对钢筋混凝土夹芯节点抗剪承载力的可靠指标β进行计算,并对钢筋混凝土夹芯节点定量分析了荷载效应比、轴压比、结构重要性、节点混凝土强度、节点核心区箍筋间距和强度等因素对节点抗剪承载力的可靠指标β的影响。研究结果表明:在柱混凝土强度等级为C60情况下,强度差大于20MPa的夹芯节点,可靠度指标均小于3.7,节点核芯区的抗剪能力要求不能满足,应采取相应的措施予以加强。     

高强钢筋混凝土柱轴心受压承载力可靠度研究

课题组搜集186根高强钢筋混凝土轴压柱的试验数据,得到相关统计参数,选用JC法并利用MATLAB软件编制计算程序迭代求解高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标。分析不同荷载组合、钢筋强度、混凝土强度以及配筋率等参数对混凝土柱轴压承载力可靠指标的影响。研究结果表明:高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标随计算模式不确定性系数的增大而增大;随着荷载效应比的增大,可靠指标呈现出先增大后减小的趋势;可靠指标随钢筋强度的提高而减小,随混凝土强度提高而增大;随着配筋率的增大,可靠指标逐渐减小,高配筋率对轴压构件不利。     

型钢混凝土异形柱的轴压比限值研究

利用有限元数值积分法编写了型钢混凝土(SSC)异形柱轴压比限值的计算机程序,利用该程序可以计算任意荷载角、任意配钢形式的SSC异形柱的轴压比限值.对不同配钢形式、不同配钢率、不同截面尺寸、不同混凝土强度等级、不同荷载角作用下的SSC异形柱的轴压比限值进行深入分析.得出了以下主要结论:荷载角、配钢形式、截面尺寸对轴压比限值有明显影响;合理配钢的SSC异形柱的轴压比限值比钢筋混凝土(RC)异形柱有所提高;箍筋约束混凝土作用对轴压比限值有明显提高.     

标准升温条件下PEC柱耐火极限理论分析及简化计算

基于ABAQUS软件建立了标准升温条件下局部填充混凝土（Partially Encaed Concrete,简称PEC）柱抗火性能分析的有限元模型,计算了火灾下PEC柱的变形曲线及耐火极限,计算结果得到了已有试验数据的验证。利用上述模型分析了截面几何参数、材料物理参数、荷载比及偏心率等因素对耐火极限的影响。在参数分析的基础上,建立了标准升温条件下PEC耐火极限简化计算方法。结果表明：无耐火保护PEC柱的耐火极限一般达不到现有抗火标准的要求;荷栽比、长细比和截面周长是影响PEC柱耐火极限的主要因素;该耐火极限简化计算方法可供工程设计参考。     

钢管混凝土叠合柱受力性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱受力性能,本文首先根据叠合柱截面上的应变发展对其管内外混凝土轴力重分布机理及截面塑性变形能力进行了分析,然后采用条带法编制MATLAB计算程序得到了钢管混凝土叠合柱弯矩-曲率及荷载-位移关系曲线。将理论计算值与试验结果进行对比,验证了条带法分析模型的有效性。在此基础上,分析了名义轴压比n、叠合比m、管外混凝土纵筋配筋率ρ、套箍系数θ、管外混凝土配箍特征值λ各主要参数对钢管混凝土叠合柱管内外混凝土部分轴力重分配关系及构件延性的影响,同时讨论了叠合比、配箍特征值等参数对轴力-水平荷载(n-p)曲线的影响。最后根据参数分析的结果,建议了在满足叠合柱延性需求(u△≥3)的基础上,叠合柱名义轴压比限值及相应的最小配箍特征值,为叠合柱的工程设计提供参考。     

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。     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明：①荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。②随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。③有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比盼大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。④随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

周期反复荷载作用下高轴压比框架柱抗震性能的试验研究

本文是关于框架柱在低周反复荷载作用下抗震性能的试验研究。根据16个“上”形试件在固定轴向荷载和水平周期反复荷载作用下的试验结果,首先讨论了影响框架柱开裂荷载的因素,接着深入分析了混凝土强度等级、轴压比、长细比、纵筋配筋率、箍筋形式及配箍特征值等因素对框架柱的延性和位移转角的影响。最后,根据本次试验结果,分析和讨论了框架柱轴压比超限问题和轴压比超限时配箍特征值的取值问题。     

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。     

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。     

多国钢结构抗火规范关于受弯构件计算方法的比较与分析

为了研究受弯构件的抗火性能,及对国内外目前的受弯构件抗火设计方法有一个系统的了解,介绍了中国、美国、欧洲、英国和澳大利亚的钢结构抗火设计规范关于受弯构件的计算方法,并对它们的区别和联系进行了分析。设计了一个算例,分别采用不同的规范计算了其临界温度和耐火极限。经对比分析表明:各国规范的计算结果差别较大,相同条件下,澳大利亚规范计算得出的临界温度较低;无防火保护层时,英国规范计算得出的耐火极限较高,而有保护层时,美国规范计算得出的耐火极限较低。     

大空间建筑火灾下钢索的力学反应参数分析

钢索在大空间建筑火灾升温条件下的力学反应是评价索网结构抗火性能的关键依据。基于非线性有限元方法,建立了钢索在高温下的力学分析模型,模拟了大空间建筑火灾升温历程中钢索力学反应全过程,用参数分析方法得到影响钢索在火灾升温历程中力学反应的关键因素。结果表明:在大空间建筑火灾升温历程中,钢索的水平张力呈下降的趋势;随着钢索的预应力比增加、温度场非均匀性的增强和跨度的增加,其水平张力下降速率增大;荷载比的增加对水平张力下降速率影响较小。上述结论与钢索水平张力的解析解一致,可为索网结构抗火性能分析提供参考。     

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。     

两种不同的恒载升温方式下的钢材破坏机理分析

通过对我国建筑结构用钢在拉伸和压缩两种方式下的恒载升温试验,进行了5次受拉试件和2次受压试件的对比研究,根据试验中材料的各自变形规律,对其破坏机理进行了理论分析;从材料屈服的定义出发,给出了恒载升温拉伸试验中的参数(对应温度下的临界荷载水平),并与恒载升温压缩试验中的参数项进行了对比,指出受压构件和受拉构件的高温屈服强度是不同的,因此在钢结构建筑的耐火设计中应分别取不同的安全系数。     

高强度Q460钢材高温力学性能试验研究

采用恒温拉伸法和振动法分别对国产高强度Q460钢材在高温下的强度和弹性模量进行了试验研究。根据试验结果对屈服强度、极限强度和弹性模量进行了拟合,得到了Q460钢材的力学性能指标随温度变化的函数表达式。将Q460钢的高温力学性能指标和普通结构钢进行了对比。研究结果表明:高强度Q460钢材的强度和弹性模量随温度的升高而降低;Q460钢材高温下的强度折减系数比普通钢低,同等条件下,Q460钢结构比普通钢结构具有较好的抗火性能。     

地下城市综合管廊的抗火构造与消防设计

综合管廊作为现代化城市的基础设施,能够从根本上解决管线埋设或架立引起的挖掘道路、影响交通、破坏景观等问题。提高道路和公用管线的管理水平,有效利用地下空间,提高防灾能力,是现代化都市的必然要求。本文从管廊的构造、抗火设计要求、管线布置、消防系统等方面出发,对地下城市综合管廊的设计提出了一些具体的建议。     

温度对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为的影响

将粘贴碳纤维(CFRP)粘贴于混凝土表面来加固钢筋混凝土结构的方法,由于施工便捷而被广泛应用。但是粘贴CFRP所用的环氧类胶黏剂对温度过于敏感,明显影响加固效果。尤其是用CFRP加固的混凝土结构的耐火性能很差,限制了这一加固技术的推广。本文在先后2次对不同温度下CFRP-混凝土界面粘结滑移行为试验研究的基础上,结合目前已有的研究成果,对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为受温度影响的特性进行评述,并从材性方面对温度对界面的粘结滑移行为的影响进行了机理分析,为分析常温下CFRP加固混凝土结构受力性能和高温(火灾)下防火保护的CFRP加固混凝土结构抗火性能提供了依据。     

火灾下空心混凝土楼板内温度场分析模型及算法

计算火灾下空心混凝土楼板内温度场的关键是计算空腔内的热量传递。假设火灾过程中空腔内气体压力为常数,空气流动引起的热量损失忽略不计,空腔内的热量传递通过壁面辐射和空气传导实现。基于奥本海姆网络法,本文提出了计算空心混凝土楼板空腔内辐射热流的算法,推导了矩阵形式的空腔内有效辐射方程,考虑到系数矩阵的对称性,采用LDLT分解法求解有效辐射方程。利用空腔边界上的有效辐射热流,计算空腔边界上单元的温度节点荷载。这种方法已经嵌入作者开发的温度场分析软件TFIELD之中,用TFIELD对底面按ISO834曲线进行加热的空心混凝土楼板进行计算,结果表明,本文算法十分有效,对研究空心混凝土楼板的抗火性能具有积极意义。