钢框架的抗火性能数值模拟

采用有限元分析软件对不同保护层厚度的平面钢框架结构在火灾下的反应进行数值模拟,通过对钢框架的非线性分析,将整体结构反应进行对比,以期为工程应用提供指导。     

耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能分析

迄今为止,国内学者研究较多的是普通钢管混凝土柱的耐火性能,而对耐火钢-钢管混凝土柱的抗火性能研究报道较少。通过利用ANYSY有限元软件对普通圆钢管混凝土柱在火灾升温曲线下温度场的模拟,采用数值计算方法求解普通圆钢管混凝土柱耐火极限,与试验结果吻合很好。将普通钢管替换为耐火钢,研究耐火圆钢管混凝土柱耐火极限,并与普通圆钢管混凝土柱对比,发现在一定受火时间内耐火圆钢管混凝土柱耐火极限明显提高。     

不锈钢管混凝土柱的抗火性能

在标准耐火试验条件下,对5个足尺圆形和方形不锈钢管混凝土柱(CFSST)进行轴向压缩试验,以研究其性能。外管采用S30408级(EN 1.4301或AISI 304)奥氏体不锈钢,核心混凝土采用自密实混凝土。试验参数包括荷载水平、截面类型和尺寸。对试件的截面温度分布、轴向变形和抗火性进行了测试和总结,建立有限元模型进一步研究高温下CFSST柱的破坏机理。最后,将CFSST柱的变形发展和失效模式与钢管混凝土柱进行比较,研究两种组合柱抗火性能的差异。     

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。     

方钢管混凝土组合柱抗火性能分析

利用ABAQUS有限元软件,采用顺序热力耦合分析方法,建立方钢管混凝土组合柱耐火性能的有限元分析模型,并通过试验验证模型的可靠性。在此基础上,对影响方钢管混凝土组合柱耐火极限的主要因素进行深入分析。结果表明:混凝土的截面面积、荷载比、长细比及防火保护层厚度是影响组合柱高温下受力性能的重要因素。在有效的防火保护下,组合柱能承担更大的轴向力,比圆截面、方截面柱更具优势;荷载比越大,组合柱耐火极限越低,轴压比小于0. 5时影响更为显著。     

纤维增强混凝土柱的抗火性能

介绍纤维增强混凝土柱受火性能的研究结果。对约束热变形的纤维混凝土柱进行抗火试验。试验柱中的钢筋含量按照钢纤维与钢筋总量相似来取值。研究用钢纤维替代柱中纵向钢筋的可能性。此外,为了避免混凝土开裂,提高混凝土柱的抗火能力,还使用了聚丙烯纤维。在火作用下,聚丙烯纤维可以形成微网结构,以减少水分损失。     

椭圆形钢管混凝土柱的抗火性能

采用非线性三维有限元模型,分析了轴向压力下椭圆形空心钢管混凝土(CFEHS)柱的抗火性能。本研究基于作者关于空心钢管混凝土(CF-CHS)柱在室温下性能和抗火性能的研究成果,用文献中CFEHS短柱在室温下的数据验证数值模型,然后将数值模型应用于CFEHS细长柱在高温下性能的研究。研究目的是为理解并阐述轴向压力下CFEHS柱在火灾中的性能,并将其有效性与圆形钢管混凝土(CFT)柱进行了对比。研究了柱长细比、荷载大小、横截面长细比和截面面积大小等不同参数对柱性能的影响。最后给出了CFEHS柱的设计建议:采用EN1994-1-2第4.3.5.1条导则设计,但是应采用基于法国规范附录椭圆截面有效直径的抗弯刚度折减系数。椭圆截面有效系数等于P/π(P为椭圆周长)。     

薄壁钢管混凝土柱抗火性能试验

对薄壁钢管混凝土柱可能存在的四种受火方式进行了温度场的分析,即:四面受火、三面受火、两面受火和单面受火,并对四种情况进行了比较分析.文中的研究成果对薄壁钢管混凝土柱的耐火性具有重要的理论意义和实用价值.     

中空夹层钢管再生混凝土柱抗火性能分析

选用考虑再生粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数和热-力本构关系,采用ABAQUS软件建立了ISO 834标准火灾作用下圆套圆中空夹层钢管再生混凝土柱有限元模型。基于此模型,对比了不同再生粗骨料取代率下截面温度场分布,并分析了取代率、荷载比、空心率、钢材强度、内钢管厚度和混凝土强度等参数对构件耐火极限的影响。研究结果表明:随着取代率增大,构件截面温度普遍下降,耐火极限先减小后增大;随着空心率増大,耐火极限増加;提高外钢管屈服强度,构件耐火极限下降显著;内钢管屈服强度、内钢管厚度和混凝土强度对构件的耐火极限没有明显影响。     

波纹钢腹板组合柱抗火性能研究

波纹钢腹板组合柱是一种新型组合构件,由于方钢管和波纹腹板位于结构外侧,在火灾高温下极易发生损伤和破坏。文章利用有限元软件ABAQUS建立了波纹钢腹板组合柱的温度场和力学分析模型,应用角钢加固钢筋混凝土柱的抗火试验数据对模型进行了验证,采用验证后的模型分析了火灾荷载比、偏心率、截面尺寸以及钢管厚度对波纹钢腹板组合柱的影响规律。分析结果表明：随着火灾荷载比、偏心率的增加,组合柱的耐火极限减小;随着截面尺寸以及钢管厚度的增加,组合柱的耐火极限增大;波纹钢腹板对耐火极限基本没有影响。核心部分混凝土为承载轴向压力的主要部分,并随着升温压力占比先减小后逐渐增大;钢管内混凝土在受火初期承载较大部分的轴向压力,并随着升温受力占比先增大后减小;钢管在升温初期受力占比略微增大后逐渐减小。波纹钢腹板组合柱耐火极限的简化结果与理论分析结果吻合良好。     

高强钢管混凝土柱的抗火性能研究

为了充分研究高强度结构钢(Q460和Q690)钢管内充混凝土柱的抗火性能,建立了恒定轴向荷载作用下的钢管混凝土柱的三维有限元模型。在模型中,对混凝土-钢管界面行为进行了模拟,考虑了柱子的初始几何缺陷,进行了数值热传导和非线性应力分析。通过和已有试验结果的对比,验证了有限元模型的准确性,随后对钢管混凝土柱的抗火性能进行了广泛的参数研究。研究参数包括柱的几何尺寸、钢管材料强度、混凝土强度、混凝土所用水泥类别、混凝土含水率以及加载比例。对柱子的时间-温度和时间-轴向位移曲线进行了分析比较。参数分析结果表明,混凝土的直径和强度对钢管混凝土柱的耐火时间比钢管强度有更大的影响。在同一加载比例下,钢管混凝土柱的耐火时间一般随钢管强度的增加而减少,随着混凝土强度的增加而增加。但在相同荷载下,随着钢管强度等级的提高,钢管混凝土柱的耐火性显著改善。     

钢筋混凝土柱的抗火性能

本文提供31根轴心荷载与6根偏心荷载钢筋混凝土柱抗火测试结果及分析资料。轴心荷载试件为长3.8m、截面边长或直径从203至914mm的方形、矩形与圆形柱。偏心荷载试件系3.8m长,截面边长305mm的方形柱,其中4根带牛腿。使用硅质、碳酸岩与轻质骨料浇注而成,保护层厚度为38mm,经适当养护后,柱件暴露在ASTME119标准火焰中,在轴心荷载或偏心荷载下进行抗火测试。试验结果证实按ACI318规范设计的混凝土柱,在最大容许轴向荷载下的抗火时数超过美国统一建筑规范(Uniform BuildingCodes)所要求的3小时下限。分析结果表明(1)荷载、骨料种类、截面尺寸是影响轴心荷载柱抗火性能的主要因素;(2)荷载、端点约束与骨料种类是影响偏心荷载柱抗火性能的主要因素;(3)在全使用荷载与柱件最大容许轴向荷载比值相同的条件下,偏心荷载混凝土柱的抗火性能比轴心荷载混凝土柱的抗火性能弱10～58％。     

高层钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗火性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS,对高层钢管混凝土柱-钢梁组合框架不同区域发生火灾的情况进行数值模拟,研究高温下各构件的温度场分布以及不同区域框架受火时的变形情况、耐火极限、应力分布状况。结果表明：在考虑楼板有利作用下,钢梁上翼缘的温度最低;高层建筑的底层变形最大、耐火极限最短、钢管的应力最集中、核心混凝土处于全截面受压状态。     

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。     

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。     

钢-混凝土组合梁抗火性能研究综述

随着钢-混凝土组合梁的广泛应用,组合梁的抗火性能和设计方法越来越引起人们的重视。目前关于钢-混凝土组合梁的抗火性能研究文献还不多。对国内外钢-混凝土组合梁的抗火性能试验和理论研究以及高温下栓钉的受力性能研究进行了文献综述,指出了目前研究中存在的问题和不足。此外,还对国内外常用的几个规范中关于钢-混凝土组合梁抗火设计方法和理论进行了分析和总结,用一个算例计算了组合梁的临界温度并进行了对比。最后对未来的研究趋势进行了展望。研究工作可为开展钢-混凝土组合梁抗火性能研究和进行组合梁抗火设计提供参考。     

钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验。试验中量测了试验炉火升温过程,试件的温度和跨中挠度。通过对试验结果的分析发现:由于混凝土板有明显的阻热作用,组合梁中的混凝土板升温较慢,钢梁升温较快,导致钢梁截面温度分布不均匀;由于高温和外力共同作用下,在梁端发生混凝土抗剪破坏,而栓钉由于受到混凝土的保护,温度较低,栓钉仍能正常发挥抗剪连接作用;跨中挠度达到梁跨的1/30后,变形快速增大,随之在跨中形成一条横向贯穿混凝土楼板的主压溃裂缝,产生塑性铰并形成机构,使简支组合梁产生不适于继续承载的变形,达到破坏。     

耐火钢-混凝土组合梁抗火性能非线性有限元分析

目前国内外学者对钢-混凝土组合梁抗火性能的研究均基于普通钢材。选用合理的材料热工性能参数、高温力学性能参数和热-力耦合本构关系,运用有限元软件ABAQUS建立计算模型,分别与耐火钢梁、钢筋混凝土梁以及钢-混凝土组合梁的抗火性能试验结果进行对比,验证所选参数和分析方法的合理性和有效性。在此基础上,比较同等条件下耐火钢与普通钢-混凝土组合梁的抗火性能,发现耐火钢-混凝土组合梁的抗火性能和耐火极限提高显著,因此可以减小防火涂料厚度,降低防火涂料用量。     

GHPFRCC新型框架结构抗火性能数值模拟研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High Performance Fiber Reinforced Cementitions Composites,GHPFRCC)是通过大掺量工业废料粉煤灰取代水泥,并加入聚乙烯醇纤维等材料制备而成一种复合材料,具有绿色环保、力学性能优异的特点.为了研究高温作用下GHPF...     

钢管再生混凝土柱承载力及抗火性能研究

通过试验和理论对空、实心钢管再生混凝土柱的极限承载力做了研究,研究表明,实心钢管再生混凝土短柱可以采用实心钢管普通混凝土短柱的极限承载力计算公式。空心钢管再生混凝土长柱的承载力与再生混凝土弹性模量有关。火灾试验表明,钢管再生混凝土长柱的耐火性能要优于钢管普通混凝土,根据试验提出了钢管再生混凝土柱耐火时间的计算公式。