非均匀火灾作用下方钢管混凝土柱受力机理研究

对单面、相对两面、三面及四面火灾作用下方钢管混凝土柱截面的典型温度场及其分布规律进行分析,研究方钢管混凝土柱轴向/侧向变形-时间关系曲线,得到不同受火条件对方钢管混凝土柱抗火性能的影响规律。结果表明,相对两面和四面受火的柱截面温度场双轴对称,因而截面材料强度场、温度应变、温度应力也呈双轴对称分布,柱受力机理与常温情况下类似;对于单面和三面受火情况,由于柱截面温度场单轴对称,使得柱受力模式与常温情况不同,受火过程中柱先弯向受火侧,然后弯向背火侧。与温度梯度产生的非均匀的温度变形和材料强度偏心相比,受火面的多少在更大程度上决定了试件的抗火性能,即在绝大多数情况下,四面受火、三面受火、相对两面受火及单面受火的方钢管混凝土柱的耐火极限依次增大。但在某些特殊情况（如长细比λ<30）下,三面受火的方钢管混凝土柱的耐火极限可能小于其四面受火情况,此时如按四面受火对方钢管混凝土柱进行抗火设计,将存在安全隐患。     

三面受火的矩形钢管混凝土柱受力机理与耐火极限

受火边界作为研究结构构件抗火性能的基本前提条件之一,对结构构件抗火性能有着显著影响。已有钢管混凝土柱相关研究多假设其四面均匀受火,则针对实际结构中可能出现的三面受火这一情况,对矩形钢管混凝土柱进行抗火性能理论研究。分析了三面受火的矩形钢管混凝土柱温度场和耐火极限,以及高温全过程的构件受力机理,且与四面受火的矩形钢管混凝土柱进行了对比分析。研究表明:三面受火时构件截面的整体温度比四面受火时有显著降低,且三面受火时耐火极限高于四面受火;三面受火构件在高温全过程中轴向变形趋势与四面受火类似,而侧向变形可能会发生反转。     

局部火灾下多层钢-混凝土组合平面框架抗火性能分析

采用考虑高温蠕变的钢材热-力耦合本构关系及考虑高温徐变和瞬态热应变的混凝土热-力耦合本构关系模型,利用ABAQUS有限元分析软件建立火灾下钢管混凝土柱、钢-混凝土组合梁等构件以及节点和单层单跨框架结构的温度场和结构抗火分析的有限元分析模型,计算结果得到已有试验结果的验证。在此基础上设计一榀3层3跨钢-混凝土组合平面框架模型,建立局部火灾下该平面框架的温度场与结构抗火性能分析模型,研究局部火灾下钢-混凝土组合平面框架的抗火性能并分析其失效模式,对该平面框架的耐火极限、梁柱变形规律及柱底截面内力变化规律进行分析,并对是否考虑钢梁与混凝土板相互作用对框架梁抗火性能的影响进行研究,对梁先失效模式下框架梁与简支梁、固支梁的抗火性能进行对比分析,对柱先失效模式下钢管混凝土框架柱与两端固支钢管混凝土单柱的抗火性能进行对比分析。结果表明:梁先失效模式下考虑钢梁与混凝土板的相互作用可以充分发挥钢-混凝土组合梁的抗火性能,框架梁的抗火性能要优于简支梁且接近并略低于固支梁,柱先失效模式下两面受火时单个钢管混凝土边柱的抗火性能为框架边柱抗火性能的上限,两面受火与四面受火时单个钢管混凝土中柱的抗火性能与相应框架中柱的抗火性能较接近。     

四面火灾方钢管钢骨混凝土柱截面温度场分析

为研究四面火灾作用下方钢管钢骨混凝土柱的抗火性能,在合理确定了混凝土和钢材热工参数的基础上,运用有限元软件ABAQUS建立了四面火灾方钢管混凝土的计算模型,并与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上建立四面火灾作用下方钢管钢骨混凝土柱的截面温度场计算模型,在常用工程范围内,分析了升温时间、含钢...     

相对两面受火的方中空钢管混凝土柱温度场分析

研究方中空钢管混凝土柱在相对两面受火方式下的抗火性能。利用ABAQUS软件建立相对两面受火方式下的方中空钢管混凝土柱的温度场分析模型,对比分析不同混凝土材料对构件温度场分布的影响。结果表明受火时,构件内部存在明显的温度梯度,核心混凝土在受火条件下可以延缓构件内部钢管温度的升高,内钢管区域的材料性能保持较好。     

相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火性能

为研究相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱的耐火极限,运用ABAQUS建立了ISO 834标准火灾作用下方钢管约束型钢混凝土柱的有限元模型,包括温度场分析模型和耐火极限分析模型,用已有的相关试验进行验证,并分析了截面温度场和力学性能的变化规律。在此基础上分析荷载比、计算长度、型钢含钢率、截面尺寸、混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响规律。基于上述规律并结合大量计算结果定量给出了相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱的耐火极限简化计算式。结果表明:荷载比和计算长度对构件耐火极限影响较大,随着荷载比和计算长度的增加,构件的耐火极限呈线性降低; 截面尺寸对构件的耐火极限影响较大,随着截面尺寸的增加,构件的耐火极限呈线性增加; 随着型钢含钢率的增加,构件的耐火极限增加并不明显; 耐火极限计算式计算精度良好,可为相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火设计提供参考。     

H型钢混凝土柱的抗火性能数值模拟分析

火灾下型钢混凝土柱的抗火性能对结构整体抗倒塌能力影响重大。本文应用有限元软件ABAQUS对四面受火的型钢混凝土柱进行热-力耦合分析,考虑截面尺寸、含钢率、配筋率、轴压比、长细比和荷载偏心率等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,得出结论:截面尺寸、含钢率、轴压比、长细比和荷载偏心率对型钢混凝土柱抗火性能影响较大,配筋率对型钢混凝土柱抗火性能影响有限。     

钢管混凝土柱抗火性能浅析

介绍了钢管混凝土柱的特点及其抗火性能研究的必要性,分析其抗火性能机理及其主要的影响因素,包括截面尺寸、含钢率、长细比、保护层厚度、边界条件、受火情况等,提出了进行钢管混凝土结构构抗火性能研究的几个关键问题。     

非均匀受火下约束型钢混凝土柱力学性能研究

为了解不同受火条件下型钢混凝土柱截面温度场,同时考察受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,进行了14个包括四面、三面、相对两面、相邻两面、单面受火条件下轴向约束型钢混凝土柱的抗火性能试验。试验结果表明：受火面数量、受火方位对 型钢混凝土柱截面温度分布有显著影响,升温时间相同时,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火试件截面相同位置处所经历的最高温度依此降低;距试件表面距离相同时,型钢翼缘外侧受火面温度比型钢腹板外侧受火面温度略高。受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比对升降温全过程下型钢混凝土柱轴向变形和轴力发展有显著影响,试件受热膨胀变形和降温压缩变形随受火面数的增多而增大;轴向膨胀变形随火灾荷载比的增大而减小,随荷载偏心率的增大而增大;荷载比越大,试件由轴向拉伸状态转为轴向压缩状态的时间越短,压缩程度越高。定义试验实测轴力与初始施加轴力的比值为轴力变化系数,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火时,试件升降温后期的轴力变化系数依此递减,轴力变化系数峰值随荷载偏心率和轴向约束刚度比的增大而增大,随火灾荷载比的增大而减小。     

火灾后钢骨-方钢管混凝土短柱的轴压力学性能研究

通过对3根钢骨-方钢管高强混凝土柱按ISO834标准曲线升温作用后进行轴压承载力试验,探究均匀受火后以及不均匀受火后钢骨-方钢管混凝土柱的轴压力学性能。试验结果表明:相同条件下内置钢骨的方钢管混凝土柱承载力损伤程度要小于钢管混凝土柱;与钢骨-方钢管混凝土柱在均匀受火后相比,不均匀受火后试件的承载力损失程度较轻。同时在确定高温作用后钢材以及混凝土应力-应变关系的基础上,利用数值方法得出火灾作用后轴压构件轴压-应变关系曲线,试验结果验证了理论分析结果的正确性。并利用理论模型分析配骨指标、套箍指标等因素对构件火灾后钢骨-方钢管混凝土柱轴压承载力的影响,分析结果表明受火时间、截面边长以及配骨指标都对火灾后构件轴压承载力的影响较大。     

中空夹层钢管混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的试验研究

对6个中空夹层钢管混凝土轴压短柱开展试验研究,试验的主要参数是截面形式(圆套圆、方套方和方套圆)以及受火与否。试验结果表明,受火后中空夹层钢管混凝土轴压短柱的承载力下降显著。在空心率相同的情况下,方套圆截面形式的试件其剩余承载力最高,而圆套圆截面形式的试件其延性最好。同时还可以发现,火灾后中空夹层钢管混凝土的轴压承载力下降幅度与传统的实心钢管混凝土接近。     

钢管混凝土柱防火保护层计算方法研究

计算结果表明 ,作用在钢管混凝土柱上的荷载对其耐火极限及防火保护层厚度影响很大。基于数值计算结果及课题组前期的研究成果 ,提出了按规范ISO - 834或GB T 9978- 1999规定的标准升温曲线升温作用下 ,考虑火灾荷载比影响的钢管混凝土柱防火保护层厚度的实用计算方法 ,计算结果和数值计算与试验结果均基本吻合。     

钢管混凝土柱的抗火措施

在以往对钢管混凝土柱耐火极限试验研究和理论分析的基础上,针对在钢管混凝土柱外包防火涂料和在核心混凝土中配置专门考虑抗火的钢筋两种防火设计方法进行了研究,在规范ISO-834或GB9978—88《建筑构件耐火试验方法》规定的标准升温曲线升温作用下,分别提供了两种抗火措施下钢管混凝土柱的实用设计方法,并将公式结果与数值结果和试验结果进行对比,均吻合较好。     

圆中空夹层钢管混凝土柱耐火性能初探

中空夹层钢管混凝土是一种新型钢管混凝土构件,具有良好的应用前景,研究其耐火性能和抗火设计方法非常重要。为此,文章简要论述了圆中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究的方法,以及取得的初步研究成果,其中主要包括耐火极限和防火保护层厚度的计算,可供有关研究和工程实践参考。     

矩形钢管混凝土柱的防火保护

简要介绍了关于火灾下矩形钢管混凝土柱力学性能的研究成果。对构件耐火性能的实验情况、影响耐火极限的重要因素和确定厚涂型方钢管混凝土保护层厚度的实用计算方法作了详细说明 ,并结合工程中矩形钢管混凝土柱的抗火设计实例 ,说明规程课题组提出的抗火设计方法的有效性。研究成果可为有关矩形钢管混凝土工程进行抗火设计时提供参考     

火灾下圆钢管混凝土柱的有限元计算

钢管混凝土组合柱在实际工程应用中有其优良的工作和施工性能。火灾发生时,由于核心混凝土的吸热作用,延缓了钢管的升温,很大程度上提高了钢管混凝土柱的耐火极限。在已有模型的基础上,对圆形截面核心混凝土高温下的材料模型进行了修正,基于ABAQUS大型有限元平台建立了圆形截面钢管混凝土柱的有限元模型,并利用其模型进行了耐火极限的计算,有限元计算结果与国内外相关的试验数据进行了对比,验证了有限元模型的正确性,并对其火灾下轴向变形-受火时间的全过程进行了分析。可在此基础上进一步开展钢管混凝土抗火相关的研究工作。     

圆钢管混凝土柱耐火极限影响因素灰色关联分析

为分清圆钢管混凝土柱耐火极限影响因素的主次关系,基于国内外18根圆钢管混凝土柱耐火极限试验研究资料,采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法,对影响圆钢管混凝土柱耐火极限的因素进行灰色关联度分析计算和排序.结果表明,各关联因素对圆钢管混凝土柱耐火极限影响程度的大小排序依次为:防火保护层厚度、火灾荷载比、截面尺寸、构件长细比...     

钢管混凝土柱耐火极限研究

钢管混凝土具有承载力高、耐火性能好等一系列优点,正被越来越广泛应用于高层建筑及其它工业建筑中。本文对火灾下钢管混凝土柱的力学性能进行了分析,采用纤维模型法建立了理论分析模型,计算了钢管混凝土柱在标准升温曲线下的耐火极限,并和以往的实验结果比较,二者符合较好。     

钢管混凝土柱防火保护层厚度实用计算方法研究

在对以往钢管混凝土柱耐火极限影响因素系统研究的基础上 ,提出了按规范ISO -834或GB9978-88规定的标准升温曲线升温作用下钢管混凝土柱防火保护层厚度的实用计算方法 ,计算结果与数值计算和试验结果均吻合较好 ,且略偏于安全。该方法可供有关工程实践和规程制订参考