型钢混凝土框架结构耐火性能有限元分析

为了研究型钢混凝土框架整体结构的耐火性能,为其抗火设计提供参考,采用受火楼层建立精细化有限元计算模型、非受火楼层建立梁单元计算模型的方法,建立了型钢混凝土框架整体结构的耐火性能计算模型。考虑火灾位置、荷载分布形式、柱轴压比等参数的影响,对火灾下型钢混凝土框架整体结构的变形规律、承载机制、破坏形态以及耐火极限进行参数分析。分析结果表明：火灾下框架结构出现了整体破坏和局部破坏两种典型的破坏形态,受火构件受到的约束作用对其耐火性能有较大的影响;在局部破坏形态中,由于受热膨胀,火灾下框架梁首先出现了较大的轴压力,受火框架梁处于压弯受力状态;之后,框架梁出现了悬链线效应,轴力对框架梁的受力状态有较大影响;在整体破坏形态中,根据轴压比及荷载分布形式的不同,框架出现了中柱破坏和边柱破坏两种典型破坏形态,同时,随楼层受火位置的升高,柱的轴压比减小,框架结构的耐火极限增加。     

平面框架结构耐火性能对比研究

建立局部火灾下3层3跨钢管混凝土、型钢混凝土、钢筋混凝土平面框架火灾下温度场和力学性能分析的有限元模型。在此基础上,研究了三种平面框架结构的耐火极限状态、不同受火工况和梁荷载水平条件下框架结构的变形和破坏规律、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律,并对三种平面框架的耐火性能进行了比较。     

钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架耐火性能研究

为明确钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的耐火性能,采用有限元方法分析了ISO 834 标准升温曲线火灾作用下,圆形钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的温度场和耐火极限。研究结果表明：提出的简化的HB 螺栓模型可以有效地对圆形钢管混凝土-组合梁框架的耐火性能进行分析。钢管混凝土柱横截面混凝土的网格划分方法对于钢管混凝土柱-组合梁框架的耐火极限影响较小。当节点连接可靠时,钢管混凝土柱-组合梁框架达到耐火极限时的破坏模式主要有柱破坏模式和组合梁破坏模式。     

钢管混凝土框架柱耐火性能研究

建立了火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架的有限元模型,对不同火灾工况、不同位置的钢管混凝土框架柱的破坏形态、受力机理、内力重分布规律、耐火极限等进行了系统的分析。分析表明,火灾下钢管混凝土框架柱出现了两种典型的破坏形态:当框架柱位于非顶层时,由于柱顶转动约束较大,框架柱出现3个塑性铰成为机构而发生破坏;当框架柱位于顶层时,由于柱上端的转动约束较小,框架柱在中上部出现1个塑性铰而发生破坏。非顶层、同层火灾工况下,当框架柱受火情况相同时,随受火范围的扩大,由于内力重分布,火灾中破坏柱所受的压力较大,耐火极限较小。非顶层、同跨火灾工况下,随楼层增高,框架柱的轴压比减小,耐火极限增加。     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

双层钢管自密实混凝土短柱的耐火试验

双层钢管混凝土是一种新型钢-混组合结构,可用于制作高层建筑的柱。自密实混凝土使用方便,可确保双层钢管混凝土短柱的质量。对双层钢管混凝土短柱耐火性能的研究很少,这对于其在高层建筑中的应用非常重要。为研究双层钢管自密实混凝土短柱及双层钢管纤维增强自密实混凝土短柱的耐火性能,进行了标准耐火试验。研究失效模型、温度分布、临界温度及耐火极限承载力,结果表明,纤维对温度分布无影响;增大混凝土厚度或管周长能降低双层钢管自密实混凝土柱的温度;钢纤维能提高60%的耐火极限承载力;双层钢管混凝土的临界温度高于钢管或钢管混凝土。     

预制型钢混凝土框架节点抗震性能研究与应用

对预制型钢混凝土框架足尺节点进行了拟静力试验研究,对比分析了预制型钢混凝土框架边节点、中节点及其现浇对比节点的破坏形态、滞回特性、耗能等抗震性能指标。研究结果表明,预制型钢混凝土框架节点与其现浇对比试件具有相近的破坏形态,均实现了梁端塑性铰破坏机制;预制型钢混凝土框架节点与现浇对比试件具有相近的抗震性能,实际工程中预制型钢混凝土框架结构可参照现浇型钢混凝土框架结构设计相关规程设计。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。     

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。     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明：未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60min和90min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%~7.8%,满足工程精度要求。     

火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。     

火灾降温阶段型钢混凝土框架结构受力性能研究

在火灾降温阶段,结构构件的截面部分区域升温的同时,也有区域在降温,结构受力性能较为复杂,建筑结构更易发生倒塌破坏。为研究火灾降温阶段型钢混凝土框架结构的受力性能,通过已有火灾升降温条件下型钢混凝土框架及柱的受力性能试验,得到了构件截面的温度-时间关系曲线、结构变形-时间关系曲线,以及升降温过程中框架及柱的破坏形态。同时,采用有限元模型对升降温过程中型钢混凝土框架及柱的受力性能进行分析。结果表明：在火灾降温阶段,构件截面的升温区和降温区的范围在逐渐变化,截面的应力也随之发生变化。在此阶段,构件截面内部温度升高导致材料强度降低,截面外部处于降温区域的材料强度进一步降低,截面内外温差导致截面周围出现拉应力。上述因素的共同作用导致结构在火灾降温阶段发生破坏。相较于受火前,结构温度降至室温时结构的刚度降低、变形增加。     

Mechanical performance of steel reinforced concrete frame structures during fire including a cooling phase

在火灾降温阶段，结构构件的截面部分区域升温的同时，也有区域在降温，结构受力性能较为复杂，建筑结构更易发生倒塌破坏。为研究火灾降温阶段型钢混凝土框架结构的受力性能，通过已有火灾升降温条件下型钢混凝土框架及柱的受力性能试验，得到了构件截面的温度-时间关系曲线、结构变形-时间关系曲线，以及升降温过程中框架及柱的破坏形态。同时，采用有限元模型对升降温过程中型钢混凝土框架及柱的受力性能进行分析。结果表明：在火灾降温阶段，构件截面的升温区和降温区的范围在逐渐变化，截面的应力也随之发生变化。在此阶段，构件截面内部温度升高导致材料强度降低，截面外部处于降温区域的材料强度进一步降低，截面内外温差导致截面周围出现拉应力。上述因素的共同作用导致结构在火灾降温阶段发生破坏。相较于受火前，结构温度降至室温时结构的刚度降低、变形增加。     

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。     

内配圆钢管的钢骨混凝土柱火灾后剩余承载力研究

目前对于内配钢管的钢骨混凝土柱仍处于初步研究阶段,对其相对于普通钢骨混凝土组合结构、钢管混凝土结构和钢结构所表现出的常温及火灾后优良的力学性能更是研究甚少。通过建立合理的理论分析模型,并在模拟试验的基础上详细地分析了影响内配圆钢管的钢骨混凝土柱常温及火灾后受力机理及影响因素。     

Fire safety design method of circular steel tube confined reinforced concrete columns

对于钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究,目前尚无抗火设计方法可供参考。实际工程中大多借鉴钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火设计方法,但由于钢管约束钢筋混凝土柱的受力机理与二者不同,其耐火极限存在明显差异。为此,提出了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限计算方法,分析了荷载比、长细比等因素对耐火极限的影响,并与钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行了对比。研究表明：荷载比对圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越低;长细比、截面尺寸等因素对荷载比较小的构件影响显著。圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限为相同条件下钢筋混凝土柱的14.4%~66.0%,荷载比越大,两种构件的差异越大,按照钢筋混凝土柱的防火设计方法对圆钢管约束钢筋混凝土柱进行防火设计,结果偏于不安全;与钢管混凝土柱相比,钢管约束钢筋混凝土柱具有更高的耐火极限,是钢管混凝土柱的1.0~3.0倍。