火灾下约束钢柱临界温度的参数分析

利用经实验验证过的ABAQUS有限元模型对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱进行了参数分析。以钢柱的屈曲温度和临界温度作为主要的评价指标,主要考虑了轴力荷载比、弯矩荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、长细比和钢柱端部弯矩比等参数的影响,并且对不同参数之间的耦合性进行了分析。参数分析结果表明,轴向约束刚度的增大将会明显降低约束钢柱的屈曲温度,但是对其临界温度的影响相对较小;端部弯矩比对钢柱的临界温度影响很小;当钢柱的轴力荷载比和弯矩荷载比较小、轴向约束刚度比和长细比较大时,考虑屈曲后性能可以显著提高钢柱的抗火能力。     

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。     

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。     

火灾下轴压钢柱破坏的判断准则分析

介绍了火灾下轴压钢柱的破坏准则。利用数值分析的方法,根据不同的破坏准则计算火灾下轴压钢柱的临界温度。火灾下钢材的力学性能分别参照EC3和CECS选取。通过对临界温度计算结果的对比分析,发现：①2个变形准则给出的结果基本相同,但以变形准则为判断依据往往会高估构件的临界温度;②应用变形准则需具备一定条件,即火灾下构件的破坏形式为整体失稳或截面强度破坏,若构件发生局部屈曲,变形准则不适用;③同一破坏准则下,火灾下钢材性能分别按照EC3和CECS选取,临界温度计算结果相差超过200℃。最后,给出临界温度设计曲线的上、下限,以方便工程应用。     

大空间单跨门式刚架结构抗火性能影响因素的客观权重研究

火灾时的大空间单跨门式刚架结构抗火性能,受钢构件温升和结构整体抗火临界温度的影响。本文通过对无保护大空间建筑钢构件温升数据的统计分析,获得包含火源功率、建筑体积、钢构件截面形状系数的钢构件温升拟合公式;结合单跨门式刚架结构整体抗火临界温度数据的统计分析,获得包含荷载比、柱高和系数K的结构整体抗火临界温度拟合公式;通过分析上述因素对钢构件温度变化率及抗火临界温度变化率的影响,获得各个因素的客观权重值,并应用于具体案例的结构安全分析。结果表明,在本文的研究条件下,荷载比权重值最大,约为0.4;火源功率是仅次于荷载比的一个重要因素;建筑体积、截面形状系数和系数K三者都在其自身值较小时,权重值较大,且都随着其自身值的增加,权重值降低。本研究可供无保护门式刚架结构建筑的抗火设计、火灾风险评估和消防管理作参考。     

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。     

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。     

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。     

圆钢管约束高强灌浆料局部承压性能研究

以圆钢管约束高强灌浆料局部承压性能试验为基础,基于ABAQUS有限元计算平台,通过建立分段模型(Multi-section Model简称MSM模型)进行数值模拟,探究圆钢管约束高强灌浆料在局部承压作用下的力学性能,并将软件计算得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比分析。结果表明,分段模型适用于圆钢管约束高强灌浆料局部承压作用下的数值模拟,且计算结果与试验结果吻合较好;增大试件高径比、钢管壁厚和高强灌浆料强度均可提高其极限承载力。     

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。     

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。     

钢筋混凝土预制拼装柱扭转力学性能数值模拟与参数分析

采用ABAQUS大型有限元分析软件开展预制拼装柱扭转力学性能数值模拟及参数分析,研究了轴压比、灌浆套筒位置及长度、预制构件拼接缝界面黏结强度对灌浆套筒连接中柱抗扭性能的影响。研究结果表明:轴压比会显著影响预制拼装柱抗扭承载力和变形,而灌浆套筒位置和长度对预制拼装柱抗扭力学性能的影响不明显;预制构件拼接缝界面黏结强度显著影响预制拼装柱抗扭性能。基于预制拼装构件和现浇构件力学性能的对比分析,提出了轴向荷载和扭矩共同作用下灌浆套筒连接预制拼装柱抗扭承载力设计方法。     

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。     

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.     

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%。     

应变率对钢筋混凝土柱动态特性的影响

文中以OPENSEES有限元软件为工具,利用基于柔度法的钢筋混凝土柱纤维单元,考虑钢筋与混凝土材料的应变率效应,对钢筋混凝土柱进行了动态响应分析,并用试验结果验证了文中方法的正确性.通过数值模拟,研究了钢筋混凝土柱在不同轴压比、不同混凝土强度、不同纵筋率条件下的动态力学特性.结果表明,随着轴压比的提高,钢筋混凝土柱的应...     

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。