不同升温条件下钢梁火灾行为的有限元分析

采用有限元法对H型简支钢梁在火灾下的热、结构响应进行模拟,得到了瞬态温度场分布,挠度、轴向变形随温度变化的曲线,构件的耐火时间和耐火温度以及屈曲破坏形态,并与试验结果进行了比较;分析了不同升温条件下钢梁的温度场分布和变形规律;研究了升温速率对钢梁火灾性能的影响.结果表明:火灾升温速率不同时,梁截面呈现出不同的非线性温度梯度;升温速率小,截面温度梯度小,耐火时间长,梁变形主要为热膨胀;升温速率大,环境温度高,截面温差大,耐火温度高,屈曲破坏时能承受的挠度也大,但耐火时间短,梁变形为热膨胀和热弯曲的组合.     

基于ABAQUS的钢-混凝土组合桥抗火性能分析

采用ABAQUS有限元软件,选取ISO834和烃类HC火灾曲线,对钢-混凝土组合桥的抗火性能进行了分析,包括截面温度场和耐火极限分析。无防火保护的组合桥火灾下破坏准则为挠度和变形速率共同控制,HC和ISO 834两种火灾曲线下的耐火极限分别仅为5 .15 min 和13.95 min,钢梁下翼缘和腹板的临界温度为595 ℃。采取防火保护措施后,组合桥的截面温度明显降低,火灾下变形速率明显减小,破坏准则变为仅由挠度控制,因而达到耐火极限时的允许挠度更大,耐火极限明显增大。在喷涂厚度为20 mm 的防火涂料进行防火保护后,HC和ISO 834两种火灾下组合梁的耐火极限分别增大为92.8 min和121.5 min,即发生火灾后将有充足的时间留给消防人员灭火。     

轴向与截面非均匀温度场对某固支钢梁最大挠度的影响

目前钢构件火灾响应特性的数值模拟分析一般假设温度场轴向均匀分布,但大空间真实火灾环境下,火源位置的变化往往会导致温度场轴向和截面的非均匀。采用ANSYS有限元分析软件,对某12m长固支钢梁在三面受火情况下的最大挠度进行分析,首先假设温度场轴向非均匀分布,在此基础上进一步假设截面方向也存在非均匀分布,并与轴向均匀温度场下钢梁的最大挠度进行比较。在该文研究条件下可得如下结果：钢梁在轴向非均匀温度场下最大挠度较小,耐火时间增长;对于温度场轴向非均匀分布,截面同时非均匀分布时钢梁最大挠度较大;当温度场轴向非均匀、截面均匀时,火源位置从端部到中间,钢梁最大挠度逐渐减小,在距端部1/4处最大挠度有突增。     

温升速率对某防火保护简支钢梁耐火时间的影响

在钢结构抗火研究中通常基于标准温升曲线分析钢构件的火灾响应特性,采用更接近实际火灾场景的BFD自然温升曲线,运用有限元分析软件ANSYS研究了不同火灾温升速率对某防火保护简支钢梁耐火时间的影响,并与经验公式法进行比较。结果表明:有限元分析结果与经验公式法的计算结果基本一致;不同温升速率会导致钢梁温度场变化的差异性,进而影响钢梁的耐火时间;在快速温升时,荷载大小对钢梁耐火时间的影响较大;当荷载较大时,钢梁耐火温度降低,快速温升下钢梁耐火时间较短。     

火灾下钢筋混凝土梁热力学性能数值模拟分析*

为了研究火灾下钢筋混凝土（RC）简支梁的热力学性能,建立火灾高温下RC梁的数值分析模型,与火灾试验对比验证模型的有效性;分别对4根完全相同的RC梁进行不同受火试验,研究受火时间、混凝土高温爆裂及钢筋-混凝土黏结高温退化对RC梁截面温度场分布、钢筋应力与滑移量分布、残余抗弯承载力的影响规律。研究结果表明:截面温度梯度随受火时间增长而扩大,底部角筋比其他纵筋升温均快;混凝土爆裂对直接受火面10 mm厚度范围内温度影响较为显著,角筋升温速率随受火时间增长而增大;底部纵筋应力随受火时间增长而下降,中筋的应力高于角筋;钢混界面滑移量随受火时间增长而增大,底部中筋的滑移量小于角筋;残余抗弯承载力随受火时间增长而线性减小;爆裂深度对残余抗弯承载力的影响程度要高于爆裂面积,跨中1/5跨长位置爆裂对残余抗弯承载力影响最大。     

钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价

综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的参数,利用数值模拟程序分析火灾高温下钢筋混凝土矩形截面梁的温度分布,研究了保护层厚度对ISO 834标准火灾升温过程中钢筋混凝土矩形截面梁极限弯矩的时变效应规律.在此基础上,建立了钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价模型,提供了相应的计算方法,分析了不同温度下钢筋和混凝土的弹性模量损伤度及强度损伤度,对火灾高温下不同时间钢筋混凝土梁桥安全指标实现了量化归类.结果表明:在火灾高温作用下混凝土弹性模量比其相应强度更容易损伤,损伤速率大;火灾时间和保护层厚度对钢筋混凝土梁极限弯矩和安全等级有较大影响;火灾高温超过40 min后,梁的极限弯矩直线下降,100 min左右,可达严重损伤;钢筋混凝土梁极限弯矩随保护层厚度的增加呈线性递增关系;提高混凝土保护层厚度,可有效提高火灾场钢筋混凝土梁的耐火极限和安全等级.     

钢筋混凝土柱温度场试验研究

研究钢筋混凝土柱在升温、降温加热曲线作用下的截面温度场分布。完成了1根边长700mm方形钢筋混凝土柱的四面受火温度场试验,加热曲线升温段为ISO-834标准升温曲线,降温段为随炉冷却降温曲线。试验过程中测得了柱截面内不同位置的温度变化。建立有限元模型对试验结果进行了模拟分析。结果表明:方形柱截面内不同位置的升温速率、降温速率受其距受火面距离影响较大;截面内距离受火面越远的位置,升温滞后现象越明显;在ISO-834标准升温和随炉降温加热曲线作用下,当方形柱的截面边长大于等于700mm时,柱截面内的温度分布可反映大截面尺寸钢筋混凝土柱在火灾升、降温阶段的温度分布变化。     

预应力RC梁抗火性能试验研究与有限元分析

为了考察预应力钢绞线张拉控制应力和梁的持荷水平两个因素对无粘结预应力混凝土梁抗火性能的影响,基于 ISO834标准升温曲线,对4根无粘结预应力混凝土梁进行恒载升温试验,同时应用ANSYS有限元软件建立无粘结预应力混 凝土梁有限元模型,进行恒载升温过程的有限元数值模拟。结果表明:有限元计算结果与试验结果符合较好;预应力钢 绞线张拉控制应力越大,预应力损失速度越快,梁变形速率越快,耐火性能越差;梁上作用荷载水平越高,跨中挠度越 大,变形速率越快,耐火极限越小。     

油池火作用下钢管混凝土柱温度分布研究

在开敞空间条件下利用油池火模拟不同的火灾场景,对火源燃烧阶段和燃烧结束后钢管混凝土柱的温度变化进行研究。测量了燃料质量变化和钢管混凝土柱的温度分布等参数,分析不同火灾场景下钢管混凝土柱轴向、横截面的温度变化,并以实验工况HS3为例进行深入分析,同时分析了火源的燃烧时间、热释放速率对钢管混凝土柱温度场分布的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱纵向温度分布与横向温度分布一样都存在明显的温度梯度,其表面钢管温度变化受火场热释放速率影响较大,而内部混凝土的温度变化则主要受火场持续时间的影响。     

钢筋混凝土矩形梁在实际火灾下正截面承载力数值计算

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度-时间曲线为火作用,以建筑结构耐火理论为基础,采用数值计算方法研究钢筋混凝土矩形梁的正截面承载力.研究结果表明:梁的承载力随火灾房间温度升高而变小,在温度达到最大值后承载力达到最小值.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,火作用越大,梁的最小承载力越小;反之相反.相同条件下梁支座截面的承载力要大于跨中截面.     

梁柱全焊接节点火灾响应特性分析

采用有限元法对梁柱全焊接节点在火灾下的热、结构响应进行模拟,分析了不同升温条件下全焊接节点的火灾行为,揭示了特定参数对全焊接节点的火灾响应特性,对比分析了全焊连接和栓焊连接节点的抗火性能。结果表明:具有不同升温速率的火灾曲线对全焊节点到达极限状态的时间有显著影响;全焊接节点加载的荷载比越大,节点到达极限状态的时间越短;带有加劲肋的全焊节点耐火时间略长于无加劲肋的节点;在相同升温条件下,全焊节点的耐火时间比栓焊节点的长,抗火临界温度略高于栓焊节点。可为钢结构全焊接节点的抗火设计提供技术参考。     

受火方式和防火层对梁柱全焊节点抗火性能影响分析

梁柱节点作为钢结构的重要组成部分,在火灾下极易遭到破坏。全焊节点具有较好的塑性变形能力,且抗震性能较好,在高烈度地震地区广泛应用。采用有限元法对梁柱全焊节点抗火性能进行数值模拟,研究不同受火方式下全焊节点的力学行为,揭示不同受火方式时梁柱各节点处温度变化规律,并对比分析有无防火层对全焊节点温度的影响规律。研究结果表明:不同受火方式对全焊节点温度影响较大。节点全部受火时节点各处温度变化曲线基本接近,结构各部位温差较小,整体处于高温状态;梁柱两面受火时受火面温度马上升高,远离受火位置的节点温度升高缓慢,节点各处温差较大。将节点全部受火与不受火进行对比发现,节点全部受火时节点各处应力明显大于不受火情况,温度升高使节点承载能力下降。在柱内壁和梁下侧施加防火层,升温最快的是防火层区域,且有防火层区域节点温度整体低于无防火层节点,对节点施加防火层可以有效降低整体结构升温。     

轴向约束钢柱温度应力影响因素研究

建筑结构多为超静定结构.火灾条件下,组成结构的各构件在受到不均匀温度作用时,构件内将会产生温度应力.温度应力增加了构件的作用荷载,并影响受火钢柱的稳定性,是导致约束钢柱屈服破坏的主要原因.根据文献分析,轴向约束钢柱的温度应力影响因素主要有轴向约束刚度、长细比、初应力水平和构件升温.采用试验方法研究各因素对约束钢柱温度应力的影响规律.在温度应力增长阶段,构件所产生的温度应力与构件的温度升高值之间为线性关系,温度越高,温度应力越大.温度应力随轴向约束刚度和长细比的增大而增大;初应力水平越高,温度应力值越小.初应力水平的大小不影响温度应力的增长,但决定构件何时进入塑性状态.     

火灾作用后RC简支梁抗弯承载力试验研究和可靠度分析

建筑物发生火灾后 ,结构的力学性能如何变化一直是研究人员普遍关注的热点问题。但是火灾对建筑物的影响因素较为复杂 ,这些问题至今还没有得到很好的解决。笔者通过试验研究了 11根三面受火钢筋混凝土简支梁在不同初始荷载和配筋下的火灾后抗弯承载力和可靠度 ,并进行了比较。试验结果表明 :在其他条件相同仅配筋不同时 ,钢筋配置适当增加 ,火灾后抗弯承载力下降减少 ,钢筋混凝土梁的抗火能力增强 ;在其他条件相同仅初始荷载不同时 ,初始荷载增加 ,抗弯承载力下降增加 ,火灾后可靠度的下降幅度也增加。试验研究为钢筋混凝土梁的抗火设计和火灾后的修复和加固提供了参考依据。     

钢筋混凝土梁在火侵袭下的反应分析

结构物在大火侵袭下，结构内部温度和结构挠度、内力将随时间发生不断变化，这种变化极为复杂。本文在试验研究的基础上，采用非线性有限元法，着重研究钢筋混凝土梁在火侵袭作用下其温度和挠度的反应，提出了一种理论分析方法，编制了计算机程序，对钢筋混凝土梁的温度、挠度和内力的反应进行了计算，并得到试验结果的验证。     

预应力预制叠合楼板耐火性能参数分析

在合理选择混凝土和预应力筋材料的热工参数、高温力学参数的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS建立底面受火的预应力预制叠合楼板的高温热力学模型,计算结果得到已有试验结果的验证。对影响预应力预制叠合楼板高温力学性能的各参数进行有限元分析,结果表明:荷载水平和耐火保护层厚度对叠合楼板耐火性能的影响显著,混凝土强度、预应力筋截面配筋率等参数对叠合楼板的耐火性能影响较小,可以忽略不计;耐火保护层厚度一定时,叠合楼板的耐火极限随荷载水平的提高而降低;荷载水平一定时,叠合楼板的耐火极限随耐火保护层厚度的增加呈非线性提高。在ISO-834标准火灾作用下,叠合楼板跨中挠度变化率速率大于L2/(9000d)可作为其达到耐火极限的判别标准。选取荷载水平、混凝土保护层厚度两个重要影响参数进行分析,提出了叠合楼板的耐火极限取值建议,为预应力预制叠合楼板的抗火设计提供技术参考。