SRC和RC柱耐火性能和抗火设计的若干问题探讨

扼要介绍了影响型钢混凝土SRC和RC钢筋混凝土柱耐火极限的可能因素主要有截面尺寸、构件长细比、火灾荷载比、截面配筋率、截面含钢率、荷载偏心率、截面高宽比、钢材和混凝土强度等的几何参数、物理参数和荷载参数等对SRC和RC构件.构件耐火极限的影响规律,探讨了SRC和RC柱耐火性能和抗火设计中的若干问题。     

型钢混凝土约束柱耐火极限实用计算方法

利用ABAQUS有限元软件,建立了热力耦合作用下四面受火型钢混凝土约束柱的数值分析模型,该模型得到了已有试验数据的验证。应用上述模型,详细考察了轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸、含钢率、截面配筋率等参数对型钢混凝土约束柱耐火极限的影响规律。对影响型钢混凝土约束柱耐火极限的各种参数进行详细计算分析,结果表明轴向约束刚度比、荷载比、偏心率、截面尺寸和混凝土强度是影响耐火极限的主要因素。通过大量计算给出了型钢混凝土约束柱耐火极限的实用抗火计算方法。     

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。     

钢骨混凝土偏压柱抗火极限承载力分析研究

国内外关于钢骨混凝土柱的抗火性能试验和理论研究非常少。本文采用有限元方法对钢骨混凝土偏压柱的抗火性能进行研究,首先以相关试验数据对分析理论与计算程序的可靠性进行验证。在此基础上,在标准火灾升温作用下用数值计算方法对钢骨混凝土偏压柱的混凝土强度、钢骨强度、钢骨含钢率、长细比、偏心率、截面尺寸和受火时间等高温极限承载力影响参数进行'计算分析,并分别给出了拟合计算式,可供钢骨混凝土偏压柱抗火设计参考。     

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。     

三面受火高强混凝土柱耐火极限研究

编制了三面受火高强混凝土柱高温全过程分析程序,程序的有效性得到试验数据的验证.利用该计算程序,分析了截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率等参数对ISO 834标准升温过程作用下三面受火高强混凝土柱耐火极限的影响规律.针对三面受火高强混凝土柱的不同截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率共4800种工况进行了高温反应分析.在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法.结果表明:严格控制轴压比和偏心率是提高三面受火高强混凝土柱耐火极限的有效措施.     

型钢混凝土柱组合高温下的性能研究

利用三维非线性有限单元模型分析高温下型钢混凝土组合柱性能。对两端铰接型钢混凝土柱施加轴向荷载,分析不同截面尺寸、结构钢比例、粗骨料以及轴向荷载大小的柱的抗火性能。本模型在考虑了型钢、混凝土和纵横向钢筋等材料的非线性特性及高温下箍筋对混凝土约束效应的基础上,分析了型钢与混凝土、纵向钢筋与横向钢筋、钢筋与混凝土之间接触面的咬合力在试验模型中对柱的横向变形的影响。此外,本模型考虑了初始偏心距的影响,评价了组合柱的时间-温度曲线、柱失效后的变形和时间-荷载曲线、破坏准则与抗火性能;还分别比较了荷载比、粗骨料及长细比的不同对组合柱的抗火性能的影响。结果显示:随着柱长细比的减小或用钢量的增加,组合柱的抗火性能更好,并且粗骨料的改变对时间-变形曲线有显著影响。由本模型得到的组合柱的抗火性能与根据Eurocode 4规范的计算结果对比可知,除了荷载比为0.5或荷载比为0.4且长细比为0.96的组合柱外,EC4规范适用于其他所有的型钢混凝土组合柱。     

基于欧洲规范的钢筋混凝土柱在不同因素影响下的抗火性能研究

基于欧洲规范,对钢筋混凝土柱在不同因素影响下的抗火性能进行了研究。介绍了国内外钢筋混凝土柱抗火研究现状,以欧洲规范为依据,提出了一个基于横截面计算的数值分析模型。分析了在ISO 834标准火的作用下,受火时间不同时,钢筋混凝土柱截面的温度分布以及极限承载力,并分别与欧洲规范和已有试验数据进行了对比,证明了计算模型稳定可靠。结合大量试验研究结果,讨论了受火时间、受火方式、截面尺寸、配筋率、轴压比和荷载偏心距、混凝土保护层厚度以及混凝土柱的长细比等因素对钢筋混凝土柱抗火性能的影响。     

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。     

单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱耐火极限

为研究单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火灾作用下单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱有限元模型,相关试验验证之后、分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析取代率、混凝土强度、荷载比、含钢率、荷载偏心率、荷载角、配筋率、截面尺寸和钢材强度等参数对构件耐火极限的影响规律。结果表明：荷载偏心率和荷载角对构件耐火极限影响较为复杂,当荷载角为180°时,荷载偏心率由0.2增加到0.4,构件耐火极限增加11.2%;当荷载偏心率为0.8时,荷载角由0°增到90°,构件耐火极限降低32.2%;荷载比和截面尺寸对构件耐火极限影响明显,当含钢率为5.33%时,荷载比由0.4增到0.5,其耐火极限降低37.1％;当钢材强度为Q345时,截面尺寸由200mm增到300mm时,构件耐火极限增加66.73%。基于上述规律并结合计算结果给出了单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限简化计算式,可为该类柱抗火设计提供参考。     

三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限分析

为研究三面受火方中空夹层钢管混凝土柱的抗火性能,通过ABAQUS有限元软件建立了三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱有限元模型,并将计算结果与试验数据进行对比,结果吻合良好。利用所建立的模型分析了构件在三面受火条件下的温度场与受力机理,并分析了常见参数对三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的影响,提出了三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的简化计算公式。结果表明,在荷载比为0.4～0.8、长细比为20～50、截面尺寸为400～1 000 mm常用参数范围内,荷载比、长细比、截面尺寸和荷载偏心率是构件耐火极限的主要影响参数,荷载比和长细比越小,截面尺寸越大,构件耐火极限越大。当0≤e/r_0≤0.4时,荷载偏心率对构件的耐火极限影响较大,耐火极限最大可比轴压时高50%。     

高含钢率型钢混凝土压弯构件受力性能影响因素分析

以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础,分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型,模拟试验骨架曲线,验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数,对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析,建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用,分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大,不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近,高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱;当设计轴压比小于1.2时,型钢混凝土柱试件均具有良好的延性;随着配箍率的增大,峰值荷载和峰值位移均增大,试件延性增大。     

相邻两面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限

运用ABAQUS有限元软件建立相邻两面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱,并将计算结果与试验结果进行对比,两者吻合良好。通过模拟方钢管约束钢筋混凝土构件在相邻两面受火条件下的温度场和力学场,研究一定参数范围内长细比、含钢率、配筋率、荷载比、荷载偏心率等参数对构件耐火极限的影响,最后针对影响耐火极限的各项参数提出耐火极限简化计算式。研究表明:长细比、荷载比、荷载偏心率对试件耐火极限影响显著。含钢率与配筋率对构件耐火极限影响较小。     

钢管-型钢混凝土柱耐火性能有限元分析

随着建筑结构的发展,钢混结构作为现代装配式建筑的主要形式之一,其耐火性能对建筑结构的整体能力影响重大。根据已有的试验研究,利用有限元分析软件ABAQUS构建了钢管-型钢混凝土柱的热-力耦合本构模型,分析了在ISO-834标准升温曲线下不同轴压比、偏心率、长细比和截面边长对钢管-型钢混凝土柱耐火极限的影响。模拟结果表明：构件耐火极限随着轴压比、偏心率和长细比的增加而降低;而在相同受火和荷载条件下,构件耐火极限随着截面边长的增加而增加。     

型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架抗震性能试验研究

完成两榀型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架水平低周反复荷载试验,考察这类框架的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形、破坏形态等抗震性能,并采用OpenSees软件对两榀框架进行滞回模拟分析。考察柱长细比、轴压比、柱含钢率、梁内型钢截面抵抗矩、梁配筋率及预应力度等参数对框架骨架曲线的影响。研究结果表明,此类框架具有优良的抗震性能,为其在抗震区的推广使用提供了参考依据。     

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。     

方钢管配筋混凝土柱耐火极限影响因素分析及实用计算方法研究

利用方钢管配筋混凝土柱耐火极限的理论计算方法,对标准升温曲线升温及火灾有效荷载作用下,截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、材料强度、荷载偏心率以及钢筋配筋率和钢筋强度对方钢管配筋混凝土柱耐火极限的影响进行分析。并在此基础上,提出按规范ISO-834和《建筑构件耐火试验方法》(GB 9978-88)规定的标准升温曲线升温作用下,钢管配筋混凝土柱耐火极限的实用计算方法,计算结果与数值计算和试验结果均吻合较好。     

偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能有限元分析

为了研究偏压矩形钢管再生混凝土柱的抗火性能,建立了火灾下柱温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了模型的有效性。研究了长细比、荷载比、截面周长以及偏心率对偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的影响。结果表明:有限元模拟的温度场和力学场与实验结果总体符合。长细比、荷载比和截面周长是影响偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的主要因素。长细比越大耐火极限越小而膨胀变形越大,荷载比越大耐火极限越小且膨胀变形越小,截面周长越大耐火极限越大且膨胀变形越大。偏心率对耐火极限和膨胀变形影响较小。     

方钢管混凝土柱耐火极限影响因素分析

研究了方形截面钢管混凝土柱的耐火性能 ,分析了材料强度、构件截面含钢率、截面尺寸、构件长细比及荷载偏心距、保护层厚度等参数对构件耐火极限的影响。结果表明 ,材料强度、构件截面含钢率、荷载偏心距对方形截面钢管混凝土柱耐火极限的影响不大 ;截面尺寸、构件长细比对方形截面钢管混凝土柱耐火极限的影响较大 ,且截面尺寸越大 ,构件耐火极限越长 ,长细比越大 ,构件耐火极限越短。并指出可以通过涂以一定厚度的防火涂料保证方形截面钢管混凝土柱达到要求的耐火极限     

长期荷载作用下方钢管混凝土压弯构件承载力简化计算

利用数值方法计算长期荷载作用对方钢管混凝土压弯构件的荷载 -变形全过程关系的影响 ,系统分析轴压比、长细比、截面含钢率、钢材和混凝土强度及荷载偏心率等因素对承载力的影响规律 ,提出考虑长期荷载作用影响时 ,方钢管混凝土压弯构件承载力折减系数的简化计算公式 ,可为工程实践提供参考。