约束高强度Q460钢柱抗火性能分析

为了研究高强度约束钢柱在火灾下的反应,根据高强度结构钢Q460在高温下的力学性能参数,建立了约束高强度钢柱受火分析模型,得到了高强度约束钢柱在火灾下的轴向位移、跨中挠度、最大应力以及临界温度。采用有限元分析对理论结果进行了验证,两者吻合很好。利用验证过的该文计算方法计算了2种荷栽比、长细比和约束刚度比条件下的高强钢柱的抗火性能;采用CECS200：2006的力学性能参数计算了约束普通钢柱的抗火性能。通过对高强钢和普通钢的抗火性能分析发现,轴向约束明显降低钢柱的临界温度,长细比、荷载比越大,临界温度越低;高强钢的抗火性能要优于普通钢。     

火灾下约束钢柱临界温度的简化计算方法

在火灾条件下,约束钢柱轴力由于升温而增加,会导致在较低的温度下发生屈曲;但屈曲后,钢柱的轴向温度膨胀得到释放,轴力下降,因此屈曲后钢柱仍能继续承栽。本文通过计算长度系数将转动约束钢柱转换为铰支钢柱,给出了一种轴向约束钢柱在火灾升温条件下的临界温度的简化计算方法——轴力放大系数设计方法。此法通过轴力放大系数将轴向约束钢柱转化为无约束钢柱,再按无约束钢柱计算得到钢柱的临界温度。用验证过的有限元模型对简化计算方法进行了验证,计算结果表明简化方法吻合较好。     

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30min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。     

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。     

钢筋混凝土柱横向抗力的理论计算方法

为了研究钢筋混凝土（RC）柱的横向抗力特性,基于RC梁面力效应的全量应变理论进行改进,考虑了柱轴向荷载和端部约束作用。通过RC柱截面应力和弯矩关系,并基于轴力平衡,建立了轴向荷载与截面中性轴的关系方程;继而基于轴向荷载中性轴关系方程、变形协调关系和虚功原理,建立了横向均布荷载作用下RC柱的抗力方程。对方程进行解析求解,最终建立了计算RC柱横向抗力特性的非线性理论方法,并得到了RC柱横向抗力和位移关系的解析表达式。将该理论方法的计算结果与有限元计算结果进行分析比较的结果表明,本文所建立的方法能够正确反映轴向和横向荷载联合作用下RC柱的横向变形与抗力的关系。该理论模型的建立可为进一步的RC柱抗爆动力分析奠定基础。     

方钢管高强混凝土柱恢复力模型研究

根据23根方钢管高强混凝土柱在反复水平荷载作用下的试验结果,通过理论分析和试验结果的回归分析,提出了方钢管高强混凝土柱的恢复力模型;确定了轴压比、约束效应系数、长细比等主要参数与恢复力模型之间的关系;给出了各特征点参数的计算方法。研究结果表明:最大荷载与屈服荷载的比值、退化刚度与弹性刚度的比值都随着轴压比和长细比的增加而减小,随着约束效应系数的增加而增大;按建议的恢复力模型计算的骨架曲线与试验曲线符合较好。文中建议的恢复力模型既反映了主要影响因素,又便于对结构进行非线性动力分析。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明：增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

升—降温全过程中约束钢梁的有限元与试验分析

以轴向支撑连接方式,利用自制的加热炉对约束钢梁进行了升—降温全过程的试验研究。重点研究了钢梁的跨中挠度随温度变化的规律,以及梁端不同轴向支撑刚度和钢柱不同轴压比条件下约束钢梁的屈曲模式及其梁端轴向支撑的破坏形态。基于ANSYS有限元软件,采用温度场和结构耦合中的间接法,对升-降温全过程中的约束钢梁进行了有限元分析。数值计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型和参数设置的合理性。根据对比分析,讨论了我国现行钢结构防火技术规范中存在的关键问题,特别提出了钢结构抗火设计应有的内涵,为钢结构抗火研究提供了新的思路。     

端部加强型双重钢管防屈曲支撑试验研究

为了研究端部加强型双重钢管防屈曲支撑的力学性能,检验间隙及约束比变化对支撑性能的影响,设计并制作了6个防屈曲支撑试件,通过低周循环加载静力试验,研究了力-位移滞回曲线、恢复力模型、割线刚度变化规律、粘滞等效阻尼比、耗能系数等滞回性能,并比较研究了间隙及约束比变化对防屈曲支撑性能的影响.研究表明:端部加强型双重钢管防屈曲支撑性能稳定,延性较高,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳特性,其恢复力特性可以采用双线性模型进行描述;间隙应控制在合理的范围内,大于2mm或为0mm时均不利于内核钢管材料强度的发挥,影响支撑的耗能及延性;随着约束比的增大,耗能能力增强,但增加的幅度变小,在满足约束比限值情况下,约束比的变化对支撑的性能不产生明显的影响.     

基于FENAP平台的RC高桥墩破坏过程模拟及分析

为精细模拟钢筋混凝土高桥墩在静力推覆荷载作用下的破坏过程,本文基于钢筋混凝土精细化纤维梁柱单元模型分析平台FENAP,对一实际的西部山区空心截面高桥墩进行了Pushover分析,通过对构件、截面和纤维层次的力-位移关系曲线分析,模拟了桥墩从墩底混凝土开裂、纵筋屈服到受压区混凝土压碎的完整破坏过程。并将FENAP平台与OpenSees计算结果进行对比,结果表明,FE-NAP平台可有效地模拟高墩在静力推覆荷载下的破坏过程和软化行为,具有较高的求解精度。进一步比较了不同轴压比、是否考虑约束混凝土效应及纵筋屈曲效应等因素对分析结果的影响,得出结论,轴压比和约束混凝土效应对高桥墩的破坏过程发展有较大影响,而纵筋屈曲效应影响较小,可忽略不计。     

火灾后方钢管混凝土压弯构件滞回性能理论分析

采用数值计算方法,对ISO-834标准火灾作用后方钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回关系曲线进行理论分析,计算结果与实验结果吻合较好,并比较规程BS5400(1979)、LRFD-AISC(1999)、AU(1997)、EC4(1994)、GJB4142-2000(2001)、DBJ13-51(2003)在进行火灾后方钢管混凝土压弯构件往复荷载作用下极限承载力计算时的差异。在此基础上,对该类构件荷载-位移关系骨架线进行了参数分析,选用的参数包括含钢率、钢材屈服极限、混凝土抗压强度、轴压比、长细比、受火时间。     

圆钢管混凝土压弯构件荷载一位移滞回性能分析

在空钢管中填充混凝土可以避免或延缓钢管过早地发生局部屈曲，并有效地提高构件的延性，从而增强构件的抗震性能，本文在对圆钢管混凝土构件弯矩－曲率关系分析的基础上，分析了圆钢管混凝土压弯构件P－△滞回关系曲线，理论计算结果得到国内外大量结果的验证，基于理论分析模型，分析了各参，如构件轴压比，长细比，截面含钢率和材料强度等因素对圆钢管混凝土压变变构件P－△滞回关系曲线的影响，最后，确定了圆钢管混凝土压弯构件P－△恢复力学模型和延性系数的简化计算方法。     

Stiffened steel box columns. Part 2: Ductility evaluation

The purpose of this study is to evaluate the ultimate strength and ductility capacity of stiffened steel box columns failed by local and overall interaction instability under a constant compressive axial force and cyclic lateral loading. In a companion paper, a finite element formulation accounting for both geometrical and material non‐linearity was developed to obtain cyclic hysteretic behaviour of such columns. In this paper, the effect of loading patterns on the cyclic inelastic behaviour is first studied; then, a parametric study is carried out to investigate the effects of flange plate width–thickness ratio parameter, column slenderness ratio parameter, stiffener's equivalent slenderness ratio parameter, magnitude of axial load, and material type of stiffeners on the strength and ductility of the columns. Last but not least, empirical formulae of both the ultimate strength and ductility capacities are proposed for stiffened steel box columns, and the limit values of various parameters for the required ductility demand are also discussed. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

内约束方钢管混凝土柱抗震性能研究

由于方钢管对混凝土约束作用较弱,地震作用下方钢管混凝土柱底部钢管易出现屈曲,因此本文提出一种新型内约束方钢管混凝土柱。基于ABAQUS有限元软件,本文采用合理的材料本构模型建立内约束方钢管混凝土柱三维实体精细有限元模型,该模型能准确反应钢管、混凝土以及拉筋之间的相互作用,又能反应拟静力作用下混凝土的塑性损伤和钢材的循环硬化规律。有限元结果与试验结果吻合良好。首先,在此基础上笔选出最佳内约束形式,对拉箍筋方钢管混凝土柱的抗震性能明显优于圆环箍筋;其次,提出在不同轴压比下内约束方钢管混凝土柱的焊接拉筋最佳布置长度和合理体积配箍率;再次,探讨不同参数对内约束方钢管混凝土柱滞回性能的影响,结果表明:提高截面含钢率和长细比能有效改善组合柱的极限承载力,而轴压比在一定范围内有利于能提高柱的承载力;最后,讨论了约束措施对内约束方钢管混凝土柱耗能性能的影响。     

Dynamic instability of frames having thin-walled columns

Dynamic instability of single storey frames having thin-walled columns has been investigated. The lateral loads sustained by the frame are dynamic in character, while the axial loads are deemed to be quasi-statically applied. The analytical model employed by the authors has the capability of modelling the combined action of the two ‘companion’ local modes whose amplitudes are variable along the length of the column and any type of end conditions of the members. For given levels of axial loads sustained by the columns, the magnitudes of lateral loads causing instability can be significantly smaller than those corresponding to static buckling, provided the dynamic load is of sufficient duration. There exists, however, a threshold value of axial force carried by the columns, below which there is no elastic instability—static or dynamic. For columns with overall critical loads several times greater than the local critical load, there is no danger of elastic instability, but the deflections under dynamic lateral loads of less than 1 per cent of the axial load may reach such huge values that there is a serious danger of localized plastic collapse. It is also shown that moment frames having thin-walled columns such as those fabricated out of cold formed steel are extremely vulnerable to moderate seismic excitations.