轴心受压部分包裹混凝土十字形组合柱耐火性能研究

部分包裹混凝土异形组合柱可避免室内凸柱问题的出现,但由于型钢翼缘外露和截面形状系数大,其抗火性能较差。为考察常用的十字形部分包裹混凝土组合（PEC）柱的耐火性能,采用ABAQUS有限元分析软件建立了轴压下十字形PEC柱的温度场及热力学分析模型。在已有相关试验数据验证模型可靠性的基础上,分析了十字形PEC柱的升温过程、受力机理和破坏模式,并与矩形PEC柱进行对比。之后详细研究了荷载比、长细比、截面尺寸和受火方式等对轴压下十字形PEC柱耐火性能的影响规律。结果表明：相比于矩形PEC柱,十字形PEC柱升温速度更快,耐火性能更差;十字形PEC柱耐火极限随荷载比、长细比的增加而显著降低,随截面尺寸的增大而显著提高;型钢翼缘受火对十字形PEC柱耐火极限的影响远大于混凝土表面受火的影响,但型钢翼缘不受火时,十字形PEC柱的耐火极限随混凝土受火面积的增大基本呈线性降低。基于参数分析给出了四周受火十字形PEC柱耐火极限的简化计算方法,计算结果与模拟结果吻合良好。研究结果可为异形PEC构件的抗火设计提供依据。     

高温下钢筋混凝土异形柱的试验研究

进行了11根钢筋混凝土异形柱和1根钢筋混凝土方形柱在ISO834标准升温过程下的明火试验,分析了轴压比和受火方式对高温下不同截面形状的钢筋混凝土柱的破坏形态、轴向变形,以及耐火极限等的影响。试验结果表明:(1)钢筋混凝土异形柱的耐火性能明显低于方形柱。(2)轴压比对异形柱的耐火极限影响较大。(3)一般而言,十字形柱的耐火性能比T形柱好,T形柱比L形柱好;但当轴压比较大(例如0.55)时,T形柱的耐火性能有可能好于十字形柱。最后,利用三种高温下钢筋混凝土异形柱的数值分析模型对12根试验柱的耐火极限进行了计算,比较了不同模型的模拟效果。     

十字形部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能数值分析与承载力计算方法

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合柱（PEC柱）轴向荷载作用下的受力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了足尺十字形PEC柱模型,并利用已有的试验数据验证了其可靠性;在此基础上,进行了典型十字形PEC柱轴压全过程受力分析,揭示了其在轴压作用下的受力机理和破坏模式,并对该构件进行了受力性能参数分析,系统分析了含钢率、截面高宽比、钢材强度、混凝土强度、系杆间距和截面面积等参数对其轴压性能的影响规律。研究结果表明：十字形PEC柱受力性能良好,其破坏模式主要表现为柱中部混凝土被压碎,钢筋骨架向外发生鼓曲,横向系杆间的型钢翼缘发生波纹状的局部屈曲;极限轴压承载力随截面含钢率、钢材强度、混凝土强度和截面面积的提高而增大,但截面高宽比和系杆间距等对其承载能力影响不大。最后,考虑混凝土约束效应分区,提出了十字形PEC柱轴压承载力简化计算方法,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。研究结果将为十字形PEC柱的设计和应用提供参考。     

钢管混凝土十字形截面柱耐火性能试验研究

结合钢管混凝土结构和异形柱结构的特点,提出一种由钢管混凝土芯柱和翼柱构成的钢管混凝土十字形截面柱。为研究该钢管混凝土十字形截面柱结构的耐火性能,完成了5个钢管混凝土十字形截面柱足尺试件在ISO 834标准升温曲线下的明火受火试验,研究了轴压比和防火涂层厚度对该钢管混凝土十字形截面柱在高温作用下的破坏形态、轴向变形和耐火极限等性能的影响规律。结果表明,试件轴压比越大,耐火极限越短;防火涂层厚度越厚,耐火极限提高越明显。通过与现行防火规范计算结果的对比发现,该钢管混凝土十字形截面柱具有良好的耐火性能,在防火涂层厚度为10 mm时,试件耐火极限可以达到190 min。在相同耐火极限下,该钢管混凝土十字形截面柱所需防火涂层厚度约为规范建议的纯钢管柱防火涂层厚度的22%。     

钢筋混凝土异形柱高温下力学性能的数值模拟

为研究高温下钢筋混凝土异形柱的力学性能,结合结构截面在力和温度作用下的非线性增量有限元分析方法和钢筋混凝土柱耐火极限简化分析方法,编制了钢筋混凝土异形柱高温反应的全过程分析程序RCSSCF。程序考虑了轴力的二阶效应,程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证。提出混凝土卸载段的映射温度流动途径,以及应变切线模量、温度切线模量和时间切线模量的计算方法。利用该程序对具有相同横截面积的异形柱和方形柱的高温性能进行比较,包括截面温度大于500℃的损伤严重区域占全截面面积的比例和两端固端的异形柱和方形柱在四周受火和不同轴压比下的耐火极限。分析表明:异形柱的耐火性能明显低于方形柱,耐火极限受轴压比影响大;十字形柱的耐火性能比T形柱好,T形柱则又比L形柱好。     

内置钢管高强混凝土芯柱的十字形异形柱耐火性能试验研究

为提高钢筋混凝土十字形异形柱受力性能,在钢筋混凝土十字形异形柱中设置钢管高强混凝土芯柱,形成内置钢管高强混凝土芯柱的十字形组合异形柱结构。通过对2个足尺十字形组合异形柱试件在ISO 834标准升温过程下的明火耐火试验和1个组合异形柱试件在常温下的轴压性能试验,分析内置芯柱、箍筋间距对组合异形柱在高温下的破坏形态、轴向变形和耐火极限的影响规律。试验研究结果表明:处于试件内部的内置钢管高强混凝土芯柱对十字形异形柱的耐火极限有很大提高,而箍筋间距对组合异形柱的耐火极限影响不大。     

轴向约束钢筋混凝土柱火灾后剩余轴压性能的试验研究

实际结构中钢筋混凝土柱在遭受火灾作用时会受到相邻构件的约束作用,其内力在升降温过程中是不断变化的。由于火灾后钢筋混凝土结构经修复加固大多仍可继续服役,积极开展约束柱火灾后的剩余性能研究是必要的。本文进行了16根轴向约束钢筋混凝土柱(方形柱、十字形柱、T形柱和L形柱各4根)标准火灾作用后剩余轴压刚度和承载力的试验研究。研究结果表明:(1)钢筋混凝土柱的剩余轴压刚度随着受火时间的增加逐渐减小;(2)受火时间相同时,钢筋混凝土柱的剩余极限承载力随着初始轴压比的增大而减小,同时随着轴向约束刚度比的增大而增大,最大增幅10%左右;(3)受火时间相同时,柱剩余轴压刚度从大到小依次为十字形柱>T形柱>L形柱;(4)受火时间约90min和110min时,不同试件的承载力折减系数大致分别为0.4～0.5和0.33～0.43。     

典型受火方式下型钢混凝土异形柱耐火极限研究

应用有限元软件ABAQUS建立型钢混凝土柱数值模型,研究4种典型受火方式下SRC异形柱的耐火性能,探讨各因素对SRC异形柱耐火极限的影响。结果表明:矩形柱耐火性能优于异形柱;对于任意截面的SRC柱,耐火极限均随荷载比的增大而减小,且矩形和L形SRC柱在高荷载比时下降更多;荷载比较小时L形柱的耐火性能优于T形柱,荷载比较大时T形柱的耐火性能优于L形柱;实腹式配钢SRC柱的耐火性能优于空腹式。研究结果可为SRC异形柱的抗火设计提供依据和参考。     

火灾后十字形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究分析火灾后十字形型钢混凝土柱的力学性能,以是否受火以及轴压比两个变化因素,设计3根受火和1根未受火的型钢混凝土十字形柱并进行低周反复荷载试验。受火试验后,对十字形柱的滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线等力学性能进行分析。试验结果表明:十字形型钢混凝土柱在轴压比不同时表现的破坏形态不同,构件的破坏形态随轴压比的增加发生了由剪弯破坏到弯曲破坏再到剪切破坏的过程;较未受火试件,火灾对十字形型钢混凝土柱的材料力学性能造成损伤,试件耗能能力降低,水平极限承载力明显下降,同时试件的刚度退化也比较严重;在一定范围内提高轴压比,十字形型钢混凝土柱耗能能力增大,其延性系数减小,同时增大轴压比能够有效地提高试件的极限承载力、增大试件的刚度。     

钢管混凝土组合异形柱受压性能有限元分析

通过理论计算承载力,换算长细比以及非线性有限元模拟分析研究圆钢管混凝土T形组合截面异形柱的压弯性能。讨论了其在轴压作用下的应力分布,失效模式,荷载-位移曲线等,认为圆钢管混凝土T形组合截面异形柱承载力较高,具有很好的延性,使其在实际工作中有很高的安全储备,由于T形截面本身是非对称截面,在轴压作用下,整体变形为绕弱轴的弯曲变形为主,弱侧单柱肢先达到屈曲破坏,柱肢之间的相对扭转可忽略不计,符合预期设想,单个柱肢之间有缀管相连接,在竖向受压作用力变大过程中,整体表现出协同变形的趋势,最后表现为整体弯曲失稳破坏。     

火灾后型钢混凝土异形柱承载力研究

<正>青岛理工大学开展了火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压正截面承载力简化计算方法的研究。试验试件共35根型钢混凝土异形柱,其中十字形截面柱9根,T形截面柱8根,等肢L形截面柱9根,不等肢L形截面柱9根。提出了折算截面法,计算火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压时正截面承载力,根据试验结果确定了相应的修正系数,计算值与试验值吻合较好。     

不同加强措施下轴压部分包覆钢-混凝土组合柱抗火性能研究

由于型钢翼缘外露,部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱耐火极限很难满足设计需求。为探究PEC柱抗火性能加强方法,得到经济合理的加强措施,通过ABAQUS有限元分析软件建立了轴压作用下PEC柱的温度场及热力学性能有限元分析模型,并用已有试验数据验证模型可靠性,探讨了PEC柱在高温下的温度变化、受力机理和破坏模式。对不同加强措施下轴压PEC柱抗火性能进行了参数分析,研究了荷载比、纵筋配筋率、翼缘面积比、截面尺寸、长细比和防火涂料厚度等参数对PEC柱耐火极限的影响规律。结果表明:PEC柱耐火极限随荷载比、长细比、翼缘面积比的降低而明显提高,随着防火涂料厚度与截面尺寸的增加而明显提高; 在参数分析的基础上,回归得到考虑防火涂料厚度影响的PEC柱耐火极限简化计算公式,研究结果将为PEC构件抗火设计提供科学依据。     

足尺L形方钢管混凝土组合异形柱受火后轴压承载力试验研究

对蒸压轻质加气混凝土板(ALC板)处理过的L形方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)进行了3h耐火试验,结果表明该柱满足一级耐火等级柱构件的耐火极限要求。为了研究其受火后力学性能,对柱进行了轴压试验,得到其荷载-位移曲线、荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线。通过分析试验曲线和现象发现,加载初期L形SCFST柱表现出良好的线弹性,达到极限承载力之后,柱表现出较好的延性,三肢单柱间协同作用良好。L形SCFST柱绕弱轴XX发生整体弯曲,最终由于固定端的混凝土被压碎和钢管鼓曲开裂导致承载力丧失。通过有限元模拟得到SCFST柱的极限承载力和破坏模态,以及采用叠加理论得到SCFST柱的极限承载力,均与试验结果基本吻合,证明了这两种方法的可行性。对比结果表明受火后SCFST柱的材料性能和结构构造并未受到明显的影响,仍具有较高的承载力,进而验证了SCFST柱采用ALC板作为防火处理措施的可行性。     

L形截面部分包覆钢-混凝土组合柱弱轴压弯整体稳定

为了研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱的压弯稳定性能，对L形截面PEC柱进行了弱轴压弯试验和有限元分析。试验研究中设计并制作了3个L形PEC柱试件，变化参数为长细比和偏心距。试验结果表明：截面形状和主钢件分布的几何非对称性，以及混凝土材料拉压强度的非对等性，造成L形PEC柱在受力后截面中和轴的偏转，导致构件发生弯扭变形。有限元分析表明，L形截面的肢背或肢端受压对构件承载力有一定影响；长细比较小(即长细比为10～30)时，肢背受压的构件轴力-弯矩相关曲线具有大小偏心分界的特征，但长细比较大(即长细比大于60)时，整体失稳成为控制破坏模式，相关曲线向原点内凹。建议了L形PEC柱绕弱轴压弯时的整体稳定承载力计算公式，与试验和有限元参数分析结果对比表明：当长细比小于60时，建议公式可以适用，当长细比大于80时，建议公式偏不安全，需进一步改进后才能用于工程设计。     

T形截面SRC异形柱正截面受力性能的分析

为了研究SRC异形柱正截面的受力性能,利用自己编制的型钢混凝土异形柱正截面承载力电算程序,通过计算得到了混凝土强度、加载角、配钢率和轴压比变化时,T形截面SRC异形柱正截面受力性能的N-M和Mx-My相关曲线.通过对相关曲线及其受力机理的分析,得到了四种设计参数变化时,T形截面SRC异形柱正截面受力性能的变化规律.     

组合式十字形钢管混凝土柱轴压力学性能试验研究

基于钢筋混凝土异形柱的设计思路,提出了一种组合式十字形钢管混凝土柱。利用方钢管和槽钢焊接形成有多腔室的钢管混凝土柱。以试件长度和截面形式为主要参数,共设计制作5个试件。通过对其进行轴心受压试验研究,考察了试件的破坏形态和荷载-应变关系曲线,并分析了各参数对此新型截面形式钢管混凝土柱轴压承载力和延性的影响。组合式十字形钢管混凝土试件最终破坏形态为沿试件长度方向分布多个较小鼓曲。试验结果表明,钢管对混凝土约束良好,该组合形式有效提高了十字形异形柱的承载力并改善了其延性;相同截面形式的组合式十字形钢管混凝土极限承载力随着柱高的增加,略有下降;相同柱高、不同截面形式的钢管混凝土柱,随着柱肢长度的增加,其极限承载力显著增加;在现行规范的基础上,提出了组合式十字形钢管混凝土柱轴压承载力计算公式,根据该公式计算所得理论值与试验值吻合较好。     

带交叉钢筋异形截面短柱抗震性能试验研究及非线性分析

提出带暗柱异形截面短柱和带交叉钢筋异形截面短柱。通过3根Z形短柱抗震性能的试验研究,分析比较了Z形柱在两个工程轴受力方向的承载力、延性、滞回曲线和破坏特征,分析了暗柱对提高Z形短柱抗震能力的作用。进行了3根T形、3根十字形和3根L形截面短柱抗震性能的试验研究。试验表明,带暗柱异形截面短柱和带交叉钢筋异形截面短柱与普通异形截面短柱相比,承载力和延性明显提高,滞回曲线相对饱满,耗能能力增强。采用ANSYS程序对12根异形截面短柱进行了非线性有限元计算分析,计算结果与实测结果符合较好。     

异形柱框架结构的受力性能研究

从理论上分析了异形柱框架结构的扭转问题,建立异形柱框架结构的实体模型,分析其中的L形截面柱的受力性能。结果表明,在水平荷载(地震作用或风荷载)作用下,异形柱框架结构的抗扭性能良好;结构对称时,在单向水平荷载作用下,L形截面柱主要发生平行于水平荷载方向的位移,截面无扭转,且符合平截面假定,但L形截面柱的受力却是双向偏压,且截面中性轴沿柱高旋转变化。     

钢筋混凝土T形截面连续梁耐火性能试验研究及有限元分析

通过4根钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下耐火极限的试验研究,分析不同持荷水平下三面受火T形截面连续梁的耐火极限变化规律。结果表明:未受火对比试件和受火试件均发生弯曲破坏,但出铰次序不同;持荷比分别为0.3、0.5和0.7的T形截面连续梁的耐火极限分别为160、99、58 min,即随着持荷比的增大其耐火极限显著降低,且达到耐火极限时的跨中残余变形明显增大;T形截面梁翼缘内温度分布与单面受火板相似,腹板内温度分布与三面受火矩形梁相似;在受火过程中,梁截面刚度下降是引起内力重分布的主要原因;有限元模拟能准确预测钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下的耐火极限、截面温度场分布和破坏过程。     

带暗柱异形柱非线性分析

对L形、T形和十字形带暗柱异形柱进行非线性分析,比较分析其在不同加载角度和轴压比的情况下位移延性比和承载力变化趋势.