某高炉室外钢框架柱抗火性能研究

室外钢结构受火情况特殊,采用标准火灾升温曲线加载过于保守,因此宜结合实际火灾场景考虑。本文结合火灾模拟软件FDS与有限元软件ABAQUS,分析了某高炉室内火灾场景下的空气温度场分布,获得了室外钢柱表面热烟气温度,并通过公式计算出考虑火焰辐射作用的钢柱升温;将得到的钢柱温度导入有限元力学模型进行热力耦合分析,研究了高温作用下钢柱的变形以及截面应力分布情况,分析了受火过程中钢柱轴向位移的变化特点,比较了荷载比对受火钢柱位移的影响,结果表明:钢柱高温下轴向变形可分为三个阶段,即膨胀、压缩和破坏阶段;钢柱受火后支座处截面应力最大,且各柱支座截面应力分布类似;荷载比越大,钢柱受火后轴向压缩变形越大。     

约束钢柱抗火性能试验研究

介绍了一组约束钢柱抗火试验,包括试验设计、钢柱温度和位移测量结果、钢柱试验后残余变形,以及试验的数值模拟等。试验变化参数为钢柱所受约束的刚度。约束刚度大小对钢柱抗火性能的影响包括:约束刚度比大的钢柱,其屈曲温度和破坏温度均较低;钢柱屈曲后,约束刚度比大的钢柱在变形较小时即可达到新的平衡位置;约束钢柱的破坏温度一般高于其屈曲温度,且随轴向约束刚度比的增大,破坏温度与屈曲温度之差增大。试验结果与有限元分析结果进行了对比,两者吻合较好,有限元方法研究约束钢柱抗火性能具有较高的精度。     

H型截面钢柱抗火试验研究

对3根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。采用足尺试验形式,柱长3 300mm,钢柱在试验过程中限制轴向变形。通过试验得出了钢柱在火灾下的侧向变形情况,结果证明限制轴向变形对钢柱火灾行为产生明显的影响。试验结果为今后钢结构火灾行为研究提供了依据。     

H型截面钢柱抗火性能的试验研究

对2根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。采用足尺试验形式,柱长3 300mm,钢柱在试验过程中限制轴向变形。通过试验,得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向约束力情况。试验表明,限制轴向变形对钢柱火灾行为产生明显的影响,二次受火钢柱极限温度明显降低。为今后钢结构火灾行为研究提供依据。     

三面受火钢柱的抗火性能分析

应用ANSYS软件计算了钢柱在标准的升温模式下的温度场,分析了在三面受火作用下钢柱截面的温度变化情况。然后,利用ANSYS的耦合分析,将温度场导入结构分析中,进一步分析研究了在火灾下的钢柱截面温度分布对钢柱附加挠度的影响以及钢柱扭转变形发展规律,推导了由于温度效应引起的钢柱附加挠度的计算公式,为钢结构的抗火设计提供一定的参考价值。     

喷水快速冷却下高温约束钢柱抗火性能

为研究火灾中高温约束钢柱受到喷水快速冷却过程的抗火性能,通过对不同冷却水温、冷却水量和冷却位置作用下的约束钢柱抗火性能试验,分析了不同冷却条件下高温约束钢柱的破坏形态、柱中部水平相对位移、柱顶轴向位移、轴力等。结果表明:温度达到800℃的约束钢柱,受到温度高于6℃与低于5℃喷淋水的快速冷却作用时,钢柱的受力和变形存在明显的差异。在相同流量和冷却位置下,低于5℃喷水作用过程产生的轴力、弯矩和变形最大值要比6℃以上喷水作用要大20%以上。同时,冷却位置对约束钢柱的轴力和变形也有较大影响,柱中部喷水冷却时轴力和变形最大,柱顶次之,底部附近喷水冷却时最小,且在柱中部和顶部喷水冷却时产生的最大弯矩达到按照ISO-834标准升温过程的2倍以上。而喷水快速降温过程中,水量的变化对约束钢柱的轴力和变形影响相对较小。     

“两联六口”组合截面箱型钢柱制作技术的研究和应用

对组合截面箱型钢柱的组焊(装)规律和工艺进行分析,着重研究控制焊接变形的方法和措施,对其焊接变形进行预控。总结"两联六口"组合截面箱型钢柱组焊(装)工艺,采取"内插法"解决组合截面箱型钢柱焊接变形等技术问题。     

一端固定一端铰接H形截面钢柱抗火性能试验研究

通过对2根H形截面钢柱进行火灾行为的试验研究，得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向变形情况，为钢结构火灾行为研究提供依据。     

初始负载下焊接加固工字形截面钢柱受力性能试验研究

为研究初始负载对焊接加固后钢柱的受力特性的影响,进行了加固钢柱的轴压静力试验,试验包括3个不同初始负载下焊接加固的钢柱和1个作对比的未加固钢柱。被加固钢柱均为工字形双轴对称截面,加固方式为翼缘外侧对称贴焊钢板全长加固。钢柱端部约束采用单刀铰支座实现钢柱绕弱轴的转动。研究了负载下加固前后轴心受压钢柱的腹板的应变分布变化、加固焊接引发的变形、失稳破坏形式和稳定承载力,并对试验结果和规范计算结果进行了对比。结果表明:焊接加固过程使得冷却后钢柱腹板的应变增大,截面发生应力重分布。试验中最大初始负载相当于未加固钢柱稳定承载力的71.7%,而加固后钢柱稳定承载力没有明显降低。钢柱加固后的稳定承载力和残余变形受初始负载和初始几何缺陷的影响。     

国际期刊导读

火灾下蠕变对轴向约束钢柱屈曲的影响 目前,大多采用考虑蠕变的Harmathy蠕变模型进行耐火性分析。Harmathy蠕变模型仅能预测恒定应力下一定精度的蠕变,不适用于应力变化的情况。轴向约束钢柱遇到火灾时,火灾过程中应力将随着时间和温度的变化而迅速变化。该文研究了火灾下蠕变对轴向受压钢柱屈曲性能的影响。使用ANSYS软件中能够预测任何时间、应力或温度下钢材蠕变应力的蠕变模型来预测蠕变应力。分别对考虑和不考虑蠕变的情况进行数值模拟,并对两种情况下的屈曲温度和轴向变形结果进行对比分析。快火和慢火工况都考虑在内。研究结果显示,慢火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度高于不考虑蠕变的屈曲温度,快火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度可能高于也可能低于不考虑蠕变的屈曲温度。     

负载状态下钢结构工程加固技术模拟分析及监测

为完成原钢结构的续建,需对已建部分进行拆改加固,弥补原有结构性能的损失。采用负载加固技术,加固原结构的钢柱;采用钢柱断续焊方式,减小对原负载结构的损伤,减少焊接量,节约施工的投入。进行负载钢柱不同加固焊接形式下的实验室缩比试验,得到不同加固焊接形式下加固钢柱承载能力的实测数据。通过数字模拟技术与实验室实测数据相结合,确定加固钢柱在原结构加固后承载能力提升的比率。研究加固焊接过程对负载钢柱的影响,采用数字模拟分析技术分析在焊接温度场作用下,钢梁及支撑的应力分布、变形、焊接完成后的恢复情况。通过对加固后结构进行的现场监测数据分析,最终得出整体结构加固后的响应,保证结构加固后的安全性。     

高温蠕变对高强度Q460钢柱抗火性能的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显的蠕变变形,从而对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。为了研究高温蠕变对高强度Q460钢柱抗火性能的影响,采用ANSYS有限元程序建立了考虑蠕变的钢柱抗火分析模型,利用普通钢柱试验数据对其进行了验证。引入高强度Q460钢材在高温下的力学参数和高温蠕变参数,利用有限元方法进行了考虑蠕变效应的高强度Q460钢柱在多个参数下的抗火分析,与普通钢柱和现行CECS 200∶2006《建筑钢结构防火技术规范》的计算结果进行了对比。结果表明:长细比、荷载比、升温速率对考虑蠕变效应后高强度Q460钢柱的抗火性能有明显的影响。高强度Q460钢柱的抗火性能优于普通钢柱,CECS 200∶2006中钢柱的抗火设计结果不适用于高强度Q460钢柱。     

火灾下蠕变对轴向约束钢柱屈曲的影响

目前,大多采用考虑蠕变的Harmathy蠕变模型进行耐火性分析。Harmathy蠕变模型仅能预测恒定应力下一定精度的蠕变,不适用于应力变化的情况。轴向约束钢柱遇到火灾时,火灾过程中应力将随着时间和温度的变化而迅速变化。该文研究了火灾下蠕变对轴向受压钢柱屈曲性能的影响。使用ANSYS软件中能够预测任何时间、应力或温度下钢材蠕变应力的蠕变模型来预测蠕变应力。分别对考虑和不考虑蠕变的情况进行数值模拟,并对两种情况下的屈曲温度和轴向变形结果进行对比分析。快火和慢火工况都考虑在内。研究结果显示,慢火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度高于不考虑蠕变的屈曲温度,快火工况下考虑蠕变的轴向约束钢柱屈曲温度可能高于也可能低于不考虑蠕变的屈曲温度。     

火灾下箱形钢柱组合门式框架性能分析

利用ANSYS有限元对梁柱三面受火无侧移单层单跨箱形钢柱组合框架受火后的性能进行数值模拟分析,得出了组合梁和钢柱温度场变化规律及框架受火后的变形和内力情况。分析表明:梁、柱沿截面高度、宽度方向均存在变化的温度场,温度梯度随受火时间的增加先逐渐增大后逐渐减小,且升温速度越快其最大值出现越早;三面受火的单层单跨箱形钢柱组合框架典型破坏模式为钢柱平面内对称屈曲破坏,破坏位置位于节点下部1.0~1.2倍钢梁高处;约束轴力是影响组合梁弯矩变化的关键因素。     

考虑蠕变和残余应力释放的Q460钢柱抗火设计方法

承受荷载的钢结构在火灾下可发生明显的蠕变变形,钢结构中的焊接残余应力在火灾下也会一定程度地释放,因而高温蠕变变形和残余应力会对钢柱的耐火性能产生影响.为了准确地对高强度Q460钢柱进行抗火设计,有必要定量分析高温蠕变和残余应力释放对钢柱承载力的影响.采用电炉对2根焊接H形Q460钢柱进行耐火试验,得到无保护Q460钢柱...     

钢柱柱顶局部承压承载力试验研究

记述了湖北某电厂300kW2号发电机组2号电除尘器的钢支架倒塌事故的现场观察,对钢柱柱顶发生的较大下凹变形的原因分析进行了两只钢柱柱顶局部承压承载力的试验研究,考察钢柱柱顶的实际承载力及破坏时的实际破坏形态。     

空腹钢柱极限承载力与抗震性能试验研究

通过对空腹钢柱在竖向荷载、水平荷载作用下的构件试验,研究了空腹钢柱的承载力性能;通过对有上柱的空腹钢柱以及完全空腹钢柱在低周反复荷载作用下的构件试验,研究了空腹钢柱的滞回性能及抗震性能。试验结果表明:空腹钢柱具有较高的竖向及水平承载能力,在水平荷载作用下具有较强的抵御水平变形的能力,且其对竖向荷载的P-Δ效应反应不明显。同时,构件具有良好的耗能性能。     

轴心受压六边形腹板开孔蜂窝钢柱的力学性能研究

为了研究一端固接一端自由的六边形孔蜂窝钢柱在轴心力作用下的力学性能,应用大型有限元分析软件ANSYS建立数值模型,分别从扩张比的变化、长度变化和第1个开孔处距柱底的距离变化研究其对蜂窝钢柱受力性能的影响,同时对比了六边形孔蜂窝钢柱与原截面实腹式钢柱承载力的差别。通过数值模拟发现六边形孔蜂窝钢柱的破坏形式并非局部屈曲或整体屈曲,而是两者相关屈曲,在分析基础上给出了不同参数的较优取值。     

新型钢结构梁柱节点受力研究

本文提出了一种嵌入式钢结构梁柱节点,其由带拼接板的H型钢柱和普通梁段组成。改变柱上拼接板的厚度,可以控制拼接板处连接刚度的变化,从而利用柱上连接盖的变形进行能量消耗,确保钢结构梁和柱等主要构件不会发生损坏。通过Workbench软件,对模型进行仿真研究,获得了节点处的破坏模式、承载能力和部件应力的变化等,分析了钢柱上翼缘拼接板厚度、腹板拼接板厚度等参数对节点力学性能的影响规律。分析表明:通过合理设计柱上连接板的厚度可以保证节点的承载能力,保证钢结构梁柱等主要部件不受损坏,延长节点的使用寿命,提高节点的延性。     

温度变化引起的位移摄像测量误差分析

位移是结构安全性能的重要指标,由于摄像机存在着温度效应,温度变化会对摄像测量精度产生影响,为此开展了实验环境近似工程实际的测量实验,对长期连续性摄像测量过程中由温度引起的位移测量误差现象进行了探究。通过对摄像测量系统不同组件如相机表面、变焦镜头上的温度以及实验环境的气温进行实验监测,实验结果显示位移测量误差会随着温度的变化产生周期性的波动,为了量化不同因素之间的相关程度,分别对监测得到的实验环境的气温、相机表面温度和变焦镜头温度之间以及温度与测得的两个标志点的水平向与竖向的位移测量误差之间进行了相关性分析,数据分析表明相机表面温度、变焦镜头温度的变化与位移测量误差呈现高度相关性,温度变化会对测得的位移产生不可忽略的影响,尤其以变焦镜头温度变化与位移测量误差之间的相关性最好。