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。     

ISO-834标准火灾作用后钢管混凝土的轴压刚度和抗弯刚度

火灾后钢管混凝土的轴压刚度和抗弯刚度是钢管混凝土结构变形性能和抗震分析的重要指标，也是火灾后钢管混凝土修复和加固的重要依据之一，本文利用数值方法计算了标准火灾作用后钢管混凝土轴压构件和纯弯构件荷载-变形关系曲线，分析了受火时间、材料强度、含钢率、截面尺寸等因素的影响规律，最后推导了标准火灾作用后钢管混凝土轴压刚度和抗弯刚度的简化计算公式，所得结果可供有关钢管混凝土结构工程设计时参考。     

钢框架加劲肋壁板结构的受力失稳性能研究

钢框架壁板由于在宏观上参与了整体建筑结构的受力,为钢框架构件承担部分外荷载,使得壁板结构在受力性能方面需要进一步改善。加劲肋壁板可以保证其与外框架的连接状况较好,改善整体构件的受力性能。为此,提出钢框架加劲肋壁板结构的受力失稳性能研究。采用动力学分析方法计算壁板结构位移值,依照位移值大小判断壁板结构是否处于稳定状态,获取壁板结构稳定性。利用实例测试分析钢框架加劲肋壁板结构的受力失稳性能,发现滞回曲线形状拥有梭形滞回曲线的特点,整个结构受力后具有塑性变形性能与抗震性能;骨架曲线反映出实验试件承载力支持第一阶段壁板结构弹性设计所需且提供第二阶段弹塑性抗震设计所需以及延性要求,本文检测模型能够判断钢结构建筑壁板结构失稳性。     

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。     

某钢结构物流中心火灾案例及结构抗火分析

2011年3月,某钢结构物流中心发生火灾,过火面积约7000m2,损失惨重。通过对该例火灾的起因、火势蔓延、结构倒塌进行分析,探讨钢结构建筑防火设计和结构抗火措施。研究结果表明:①钢结构因本身抗火性能差,易垮塌,不利于火灾扑救;②在火灾中钢结构易整体破坏,造成重大损失;③由于未采取防火分隔,扩大了火灾蔓延途径和过火面积,加剧了火灾损失,也加大了火灾扑救难度。为了减轻火灾损失,应当:①合理设置防火分隔;②提高或保证钢柱、钢梁的耐火极限,以提升结构抗火能力;③加强对钢构件和结点的防火保护;④保证自动喷水灭火系统的正常运行,有效实施初期灭火。     

混凝土轴压方柱满足目标抗火可靠指标的建议截面

对混凝土轴压柱抗火计算所用荷载比与其常温设计荷载比的换算关系进行了推导和分析,分别针对耐火等级一级和二级情况下的柱耐火极限要求,给出了四面受火轴压方柱满足目标抗火可靠指标的最小截面取值。研究表明:①常温设计荷载比大致为抗火计算所用荷载比的2～5倍,一般混凝土柱可近似取2.5倍;②荷载比小于0.2时,现行规范给出的300mm×300mm截面柱,在抗火可靠指标不小于目标抗火可靠指标的情况下可以满足二级耐火要求;③荷载比和耐火等级是影响轴压柱最小截面取值的主要因素。     

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。     

腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

结构抗震鲁棒性分析方法研究

结合侧向增量连续倒塌过程中框架结构受力特征来研究结构抗震鲁棒性,提出其定量计算方法,通过对钢筋混凝土框架结构有限元模型的对比分析进行验证。研究表明:结构鲁棒性强弱是一个相对概念,虽然无法设计和建造出绝对鲁棒的结构,但可以通过定量分析结构鲁棒性进行建筑选型和结构布置方案优化;降低重要构件的易损性系数能够增强结构抗震鲁棒性,合理增加构件数量,同时加强其相互联系的有效性并保证备用荷载路径的可靠性,能够提高整体结构的鲁棒性;在同样荷载作用下,随着所承担荷载的不同,框架柱易损性系数按照大小排序依次为中柱、边柱和角柱,而由于备用荷载路径分布和传递荷载的机制不同,框架柱重要性按照大小排序则依次为角柱、边柱和中柱,对易损性系数和重要性系数均较大的构件设置可靠保护或增加荷载传递路径都能够提高整体结构抗连续倒塌的鲁棒性;提高结构冗余度,增强构件相互联系,可以降低结构中初始失效所造成的不利影响。     

圆钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回模型研究

本文采用数值计算方法，对圆钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回关系曲线进行了理论分析。理论计算结果与实验结果吻合良好。基于理论模型，分析了各参数，如构件轴压比、长细比、截面含钢率和材料强度等对圆钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回曲线的影响。最终提出-种圆钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回模型及位移延性系数的简化计算方法。     

后张无粘结预应力混凝土简支板抗火分析

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。     

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。     

火灾作用下单层球面网壳的非线性有限元分析

基于高大空间建筑火灾作用下的空气升温实用公式,按照欧洲规范规定的火灾高温作用下钢材的材料特性,考虑了温度对钢材特性的影响以及钢材屈服后的强化特征,对一凯维特单层网壳结构在火灾作用下的性能进行了非线性有限元分析,研究其在不同局部火灾作用下的温度场分布和位移特征,以及不同火源影响的最不利位置。结果表明：网壳结构在所有设计火源模型下的极限耐火时间都在20～30min左右;对于结构极限耐火时间,火源位置的影响大于火源面积的影响;结构中心向外延伸的第1环到第3环之间的区域,是结构抗火的薄弱部位。     

油气储运系统钢结构设备地震火灾效应研究

预防和减轻油气储运系统地震火灾危险性是防震减灾中的重要课题。本文论述了油气储运系统的地震火灾特征及防火要求，对钢结构的防火涂料在遭到破坏和平时情况下的抗火性能进行了对比分析，并应用有限元法对油气储运系统中典型钢结构设备在地震火灾荷载作用下的抗火性能进行了数值模拟。研究结果表明，防火涂料遭到强地震荷载破坏后，钢结构的抗火性能大大降低。     

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型。通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨。结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承栽力。该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考。     

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。     

火灾高温作用下波纹腹板钢梁剪切屈曲系数研究

波纹腹板钢梁具有优良的抗剪切性能,在常温条件下,它的剪切屈曲模式通常有3种：局部剪切屈曲、总体剪切屈曲和相关剪切屈曲。根据火灾燃烧不同时刻波纹腹板钢梁的温度变化,考虑火灾高温对结构钢材料性能的影响,研究了波纹腹板钢梁在火灾高温作用下的3种剪切屈服模式,给出了高温下波纹腹板钢梁临界剪切屈曲应力和剪切屈曲系数的计算表达式,分析了其随火灾温度的变化趋势,提出在进行火灾高温作用下的波纹腹板钢梁的力学性能分析时,应首先根据钢梁剪切屈曲系数的变化,准确判断其在火灾燃烧不同阶段所处的受力状态,从而使火灾高温下波纹腹板钢梁的受力分析更加精确合理。     

通过改进节点性能确保火灾下钢框架结构的鲁棒性

介绍了钢框架结构火灾下鲁棒性的背景知识,建议对于非常重要的建筑结构,抗火安全设计必须包括通常设计中尚未考虑到的意外破坏模式。文章辨识了结构意外破坏的不同模式,并提出了保证结构安全性的可行方法。本文主要介绍了如何利用梁的悬链线效应,使荷栽从受损结构重新分配到相邻结构,该效应是梁受弯承载力状态的一种转变。为确保钢梁中悬链线效应的充分发展,最重要的是要保证节点具有足够的抗拉承栽力与转动能力。本文提出了一种节点转动能力需求的量纲分析方法,并根据一些试验结果,介绍了英国常用的梁柱节点可到达的转动能力。虽然一些延性较好的节点在升温时能够达到10°的转动能力,但当钢的温度非常高时,其仍不能满足使悬链线效应充分形成时所需要的转动能力（〉15°）。随后,讨论了如何提高节点的转动能力,包括：采用具有较好延性的节点（例如开反向槽口的节点）,改进节点的细部构造（如将节点的受拉区移近至受压区,并为螺栓开槽型孔）和采用更强的、延性更好的由耐火钢制成的螺栓。这些提出的节点技术需要与节点在其他设计要求下的性能要求相协调（如刚度）,为满足不同的结构性能要求,找到最优的节点设计方法,仍需要更深入的研究。     

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。