高强度Q460钢梁抗火性能研究（Ⅱ）——理论验证

系列文章的第1篇已经对高强度Q460钢梁高温下的抗火性能进行了理论分析,给出了高强度Q460钢梁的温度分布和极限承载力、临界温度和稳定系数的计算方法。该文采用有限元分析对高强度Q460钢梁的温度分布和极限承载力进行了计算,并将计算结果与理论分析和试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。对高强度Q460钢梁和普通Q235钢梁的抗火性能进行了对比,得到两者在抗火性能方面的区别。提出了高强度Q460钢梁抗火设计的简化方法,并通过一个算例演示了简化设计方法的使用。     

高强度Q460钢梁抗火性能研究（Ⅰ）——理论分析

为了得到高强度Q460钢梁高温下的抗火性能,采用有限差分法推导了高温下高强度Q460钢梁的截面温度计算方法并计算了温度分布,提出了钢梁各个组件温度的修正公式。基于常温下钢梁的整体稳定临界弯矩,根据Q460钢材的高温力学性能参数,分析得到了高强度Q460钢梁高温下临界弯矩和整体稳定验算参数;并利用等效刚度法考虑了温度不均匀分布的影响,研究了高强度Q460钢梁在不均匀温度下的极限承载力、临界温度和稳定系数。     

约束高强度Q460钢柱抗火性能试验

为获得高强度Q460钢柱的抗火性能,采用火灾试验炉对4个约束Q460钢柱进行抗火性能试验,试验采用恒载升温模式和ISO-834标准升温曲线,考虑了两个约束刚度和两个荷载比,测量了钢柱受火过程中的温度、轴向位移和跨中挠度,并得到了约束Q460钢柱的屈曲温度和破坏温度,采用约束钢柱的轴力放大系数方法计算了试件的破坏温度并和试验结果进行对比.研究表明:轴向约束刚度和荷载比对Q460钢柱的抗火性能影响较大,相同荷载比下轴向约束刚度大的钢柱破坏温度低,相同约束刚度下荷载比大的钢柱破坏温度低;轴力放大系数方法可以确定约束高强度Q460钢柱的临界温度.     

蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响

钢材在高温和荷载作用下产生明显蠕变变形,影响火灾中结构的变形和受力性能。现有的蠕变模型较多,但没有一个广泛适用的蠕变模型。不同的蠕变模型对钢结构抗火分析结果有很大影响。为了量化蠕变模型对约束钢梁抗火性能分析的影响,对5种常用的蠕变模型进行了对比分析。采用编写的约束钢梁计算程序,分别计算5种蠕变模型下约束钢梁的抗火性能并与试验数据进行对比。结果表明,采用Norton蠕变模型的计算结果与试验数据吻合最好。最后对影响约束钢梁抗火性能参数进行了研究,研究发现,Harmathy蠕变模型对约束梁抗火性能分析结果影响最大;不同蠕变模型对不同荷载比、约束刚度下的约束钢梁抗火性能影响程度均不同。     

四面受火钢筋混凝土柱抗火性能分析

给出了一种计算四面高温下钢筋混凝土柱抗火性能的简化计算方法,计算中考虑了高温下柱的材料性能、力学性能和稳定性退化以及侧向挠度的影响．通过该方法能够比较准确地计算出不同温度下钢筋混凝土柱的抗火性能,与试验结果吻合较好．在此基础上,对四面受火柱截面抗火性能的各个影响因素进行了分析,得到结论为配筋率、钢筋屈服强度对柱的极限承载力影响不大,而混凝土保护层厚度、混凝土受压强度和截面尺寸则是影响钢筋混凝土柱极限承载力的主要因素．     

标准火灾下轴压型钢混凝土柱抗火性能研究

进行了1根标准火灾下轴压型钢混凝土柱的抗火性能试验.试验采用恒载升温的试验方法,炉温采用ISO834标准升温曲线.测量了试件内部的温度场和试件轴向位移随时间的变化曲线,了解了试件的破坏过程.试验结果表明:混凝土爆裂对截面温度场分布、构件变形和耐火极限有较大的影响;截面温度场分布基本对称,温度沿构件纵向分布略有差别;试件经历了初始膨胀变形阶段、材料随温度升高而降低导致的变形发展阶段和变形急剧增加的破坏阶段.     

外包钢加固钢筋混凝土梁的抗火性能研究

利用有限元软件ABAQUS,建立了在标准升温下外包钢加固钢筋混凝土梁的温度场和力学分析模型。获得了外包钢加固钢筋混凝土梁的抗火全过程曲线。采用抗力折减系数法分析了外包钢混凝土梁的承载力在火灾下的变化情况,同时分析了各参数对全过程曲线及抗力折减系数的影响。结果表明:加固梁在高温作用下,初始时刻出现反拱;初始时间增长时,反拱幅度增加,极限承载力降低;随着混凝土梁高和角钢厚度的增加,高温下梁的极限承载力增大,抗力折减系数降低缓慢。     

工艺参数对Q460高强度钢冷挤压内螺纹质量的影响

试验研究了Q460高强度钢内螺纹的冷挤压工艺特性,分析了工件底孔直径、挤压速度与挤压次数对冷挤压内螺纹质量(包括表面形态、残余应力与显微硬度等)的影响,并优选工艺参数获得理想的内螺纹。结果表明:Q460高强度钢内螺纹冷挤压加工宜采用一次成形工艺,工件底孔直径最佳取值范围为21.20～21.30mm,机床转速为20～40r/min。     

耐火钢-混凝土简支组合梁抗火性能

为研究耐火钢-混凝土简支组合梁在火灾下的变形性能和耐火极限,基于有限元软件ABAQUS建立的分析模型分别对采用防火涂料和防火板保护的耐火钢-混凝土简支组合梁标准升温下的抗火性能进行模拟.分析了荷载比、防火保护层、材料强度、截面尺寸、混凝土楼板中纵向钢筋等因素对组合梁耐火极限的影响.结果表明:荷载比和防火保护层厚度是影响耐火钢-混凝土简支组合梁抗火性能最重要的两个因素.钢梁板件厚、翼缘宽等对耐火钢-混凝土组合梁的抗火性能有一定有利影响.材料强度、钢梁高和楼板厚、楼板宽和楼板中纵向钢筋直径对耐火钢-混凝土简支组合梁的耐火极限影响不大.同等条件下防火板比防火涂料具有更好的防火保护效果.当荷载比为0.5~0.7时,使用耐火钢替换普通钢后钢-混凝土简支组合梁的耐火极限提高35%~40%,可减小防火涂料厚度30%左右.采用中国规范(CECS 200:2006)中的方法计算耐火钢-混凝土简支组合梁的耐火极限,和有限元计算结果相比荷载比较小时偏保守.     

改进型装配式钢牛腿节点抗火性能试验研究

为了解采用不锈钢螺栓和增设焊缝对装配式钢牛腿节点抗火性能的影响,进行了3个ASTM-E 119升温模式下改进型钢牛腿节点抗火性能试验,获得了钢牛腿的温度分布、节点变形、破坏形态和耐火极限.建立了节点抗火分析有限元模型,通过与试验数据对比验证了模型的准确性.研究结果表明:采用不锈钢螺栓和增设焊缝均能有效提高节点的耐火极限...     

标准升温下轴向约束PEC柱耐火极限及影响因素分析

为考察高温下相邻构件作用对PEC柱耐火极限的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了标准升温条件下约束PEC柱数值分析模型,得到了试验数据的验证。应用验证后的模型,分析了火灾荷载比、轴向约束刚度比、长细比、偏心率对约束PEC柱耐火极限的影响规律。结果表明,随着火灾荷载比的增大,约束PEC柱的耐火极限呈线性降低的趋势;轴向约束刚度比对PEC柱耐火极限几乎没有影响;长细比和偏心率对PEC柱耐火极限影响不大;在荷载比相同的情况下,随着长细比的增加PEC柱耐火极限略有降低,随着偏心率的增加PEC柱耐火极限略有上升。     

Q690高强度圆钢管压弯性能的有限元分析

为了研究国家电网输电塔中Q690高强度圆钢管的压弯承载力,并考虑局部几何缺陷和初始残余应力的影响,采用有限元软件ABAQUS对长细比和径厚比变化的3根试验试件进行有限元模拟分析。结果表明,初始残余应力对长细比较大且发生整体失稳的试件存在一定的影响,而局部几何缺陷基本无影响;同时由参数分析可知,试件的压弯承载力随长细比减小而提高,且随着长细比的减小和径厚比的增大,试件的破坏模式由整体失稳过渡到局部失稳;也验证了中国现行《钢结构设计规范》中压弯构件强度与整体稳定设计公式和《架空送电线路杆塔结构设计技术规程》中压弯构件局部稳定设计公式用于指导Q690高强钢管压弯构件工程设计的可行性。     

钢纤维高强混凝土箍筋梁抗剪性能试验

为了提高高强混凝土的韧性和抗剪能力,在高强钢筋混凝土梁中掺入钢纤维.对20根(ffcu=52.4~84.7)钢纤维高强混凝土箍筋梁(fρ=0.5%~1.5%)和2根高强混凝土箍筋梁对比试件进行了试验.试验的主要变化参数为钢纤维体积掺率、钢纤维种类、配箍率和混凝土强度.试验结果表明钢纤维能够显著地改善梁的抗剪性能.基于试验结果,分析了钢纤维、箍筋、混凝土的强度和剪跨比对梁的斜截面抗裂和抗剪承载力的影响.在考虑钢纤维影响的基础上,提出了与普通钢筋混凝土梁斜截面计算公式相协调的钢纤维混凝土梁的斜截面开裂和极限承载力计算的经验公式.     

新型Q460高强度钢材在输电铁塔结构中的应用

为了研究Q460高强度钢材在输电铁塔结构中应用的可行性,结合国内外输电铁塔中高强钢的应用现状,介绍了Q460高强度角钢钢材的化学成分、力学性能,对高强角钢市场供货能力、使用技术经济性、高强钢设计技术参数的选取和焊接工艺等方面进行了研究分析.结果表明,输电铁塔结构中使用Q460高强角钢,既有明显的经济技术效益,又有利于节...     

S690Q高强钢对接节点的焊后性能

通过试验研究了S690Q高强钢对接节点的焊后性能.利用手工电弧焊焊接了3个厚度为8 mm的S690Q高强钢对接节点,焊接过程中对3个节点分别采用不同的焊接热量.在微观层面上,用微观结构测试和微观硬度测试研究焊接对于节点的影响;在宏观层面上,通过拉伸试验研究焊接对于节点力学性能的影响.微观结构测试结果表明,S690Q高强...     

终轧温度及轧后冷却速度对Q460C钢组织和相变的影响

在Gleebl-1500热应力／应变模拟实验机上热压缩模拟Q460C含铌钢的轧制过程,并控制终轧温度和轧后冷却速度。通过观察金相组织和膨胀曲线研究控轧控冷对Q460C钢组织和相变的影响,分析了轧制过程中可能诱导其裂纹产生的原因。结果表明,Q460C钢组织分布不均、控轧控冷工艺不合理均可能造成其裂纹的产生,提高终轧温度可促进相变提前发生,而在较高终轧温度下,轧后冷却速度对Q460C钢组织变化的影响很小。     

汽车超高强钢防撞梁热成形试验

以汽车用超高强度钢22MnB5为研究对象,采用直接热成形工艺和间接热成形工艺进行汽车防撞梁成形试验。采用金相显微镜、显微硬度仪和万能拉伸试验机等分析测试手段对成形件的组织、力学性能进行了分析。探讨了直接、间接热成形工艺对成形组织及力学性能的影响。结果表明,成形件的微观组织为理想的板条状马氏体,抗拉强度达到1500MPa以上,硬度在450HV以上,完全满足生产要求,实际生产中可以根据情况选择合适的成形工艺。