火灾作用下钢筋混凝土梁温度场数值模拟及试验验证

为研究钢筋混凝土梁在火灾作用下抗火性能,利用有限单元法与有限差分法混合解法,给出钢筋混凝土梁截面高温下温度分布数值计算方法,并编制数值模拟程序以分析高温下钢筋混凝土梁瞬态温度场。采用该分析程序计算结果与火灾试验结果对比分析,计算数据与试验结果吻合,表明此计算方法切实可行,数值模拟程序可较好预测钢筋混凝土梁火灾下截面温度场的分布。     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

火灾下基于纤维梁和分层壳模型的结构破坏机制分析

为分析混凝土空间框架结构在火灾下的反应规律及其破坏机理,基于已建立的纤维梁单元和混凝土分层壳单元的火灾破坏数值模型,通过在截面层次上来考虑构件截面的不均匀温度场分布及其材料非线性和几何非线性,并引入纤维梁单元截面形心结点与分层板壳单元结点的偏离以及位移协调条件来建立两者的连接模型,从而实现考虑楼板作用的整体结构火灾反应分析模型.最后,运用建立的模型对两个多层框架进行了火灾反应分析,分析了楼板和梁柱的相互作用规律及其破坏机制.结果表明,纤维梁单元模型和分层壳模型能够用于模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同.     

大跨径悬索桥缆索承重构件公路火灾的瞬态空间温度场数值模拟

文章在国内外火灾研究工作的基础上,基于Ingason H平方增长模型,提出了适用于公路桥梁火灾研究的热释放率数学模型;根据建立的公路火灾物理模型,通过数值模拟给出公路火灾下悬索桥主缆、吊索表面温度及热流密度随火灾的发展过程而变化的规律公式,并建立了承重构件瞬态空间温度场。同一火灾场景下,不同直径的吊索可以采用相同的瞬态空间温度场;不同直径的主缆在不同位置具有相同的温度θt2时,可以采用相同的瞬态空间温度场。该研究成果可为今后大跨径悬索桥的抗火设计提供科学依据。     

火灾高温下钢框架承载力及等效荷载分析

基于对火灾场钢结构框架梁极限抗弯、抗剪承载力和框架柱承载能力及稳定性的变化分析,提出采用等效楼面活荷载的增大来描述火灾高温对钢结构框架极限承载能力的削弱.建立火灾高温作用下钢结构框架梁极限抗剪承载力,框架柱承载能力和平面内、外稳定性以及结构等效楼面活荷载的计算表达式.通过具体算例分析火灾条件下,具有不同保护层厚度的钢框架梁、柱极限承载力以及结构等效楼面活荷载的变化规律,并将等效楼面活荷载计算方法与现有计算方法进行实例对比分析.分析结果表明:对于火灾高温作用下具有不同保护涂层厚度的钢结构框架,可根据火灾的燃烧时间和结构构件温度的变化,采用不同的等效楼面活荷载来分析火灾高温对结构受力性能的影响,简化结构的受力计算,判断其极限承载能力的变化.     

火灾下钢筋混凝土梁极限承载力分析

为研究火灾作用下钢筋混凝土梁在不同设计参数下极限承载能力变化特点,对混凝土梁抗火设计提供参考,通过ABAQUS有限元软件,建立钢筋混凝土梁瞬态热分析模型计算梁体火灾下温度场分布,并采用顺序耦合分析方法对梁体进行承载力分析。计算结果显示,梁体截面配筋率及保护层厚度增加对梁体抗火性能有提高,但增加幅度有限;通过钢筋混凝土梁在火灾下承载能力设计参数定量分析得出,梁体保护层厚度增加对抗火性能提升比截面配筋率提高更加有效,并从定量分析角度验证了防火设计规范中对结构保护层厚度区间取值的合理性。     

大空间建筑不同区域受火对平面张弦梁结构响应影响分析

为了获取大空间建筑火灾下张弦梁结构响应规律,分析不同区域受火对该结构响应影响,优化结构抗火设计方法,本文结合大空间建筑特点及火灾特征,考虑张弦梁结构边跨受火、跨中受火及结构全跨整体受火情况,采用有限元法对3种受火条件下的结构响应展开研究,探讨了该结构在火灾高温下的行为响应及不同区域受火对结构响应影响,获取了火灾高温下活动铰支座的侧向位移、拱梁的竖向位移、下弦索的轴向拉力、撑杆的轴向压力,进而提出了适合大空间张弦梁结构抗火设计的优化建议。结果表明,受火灾高温影响,结构变形,右端可动铰支座随拱梁温度升高逐渐向右移动,且幅度较大,为提高结构的安全性能,建议采取一定的措施限制活动铰支座水平位移最大变化量;对比不同工况下结构位移、弯矩及轴力变化,可知不同区域受火致使空间温度场分布不均,该因素对张弦梁结构响应影响较大,张弦梁结构抗火性能研究应予以考虑;基于整体受火条件的结构抗火设计过于保守,缺乏针对性,结构抗火设计应结合实际火灾场景,考虑局部区域受火情况探讨结构行为响应,针对张弦梁结构防火的薄弱部位采取针对性的隔热或防火措施。     

大跨度空间网壳结构抗火反应分析

以凯威特单层球面网壳为实例,采用ISO-834标准温度-时间关系曲线模拟火灾,用ANSYS软件中的瞬态热分析进行温度场的分布计算和力学分析,模拟了火灾发生在结构的不同部位对结构变形的影响以及结构的破坏形式.通过对计算数据的对比分析得出网壳结构在局部火灾作用下的临界温度和耐火时间以及各位置最大变形特性,利用ANSYS单元生死的功能对该结构的失稳破坏机理进行分析,从一定程度上反应出空间网壳结构的整体抗火性能.     

考虑瞬态热应变的钢筋混凝土板火灾反应分析

基于非线性温度场理论,编制了钢筋混凝土构件的温度场分析程序;通过对不同温度-应力途径试件力学行为的对比分析,说明了瞬态热应变的重要性,并提出双轴受压状态下瞬态热应变计算模型和瞬态模量的概念;根据大挠度板单元和热弹塑性本构模型,建立了钢筋混凝土双向板的有限元计算模型,对3块钢筋混凝土双向板的火灾行为进行数值模拟,分析了瞬态热应变和膨胀应变对其火灾行为的影响.计算结果表明,计算模型结果与试验结果吻合较好,验证了瞬态热应变模型的有效性,参数分析得出膨胀应变和瞬态热应变对钢筋混凝土双向板的火灾行为有重要影响.     

火灾下碳纤维布加固钢筋混凝土梁非线性分析

在合理选取混凝土、钢筋及碳纤维布力学性能参数的基础上,建立了带防火保护的碳纤维布加固混凝土梁高温下数值计算模型,应用ANSYS软件编制了碳纤维布加固钢筋混凝土梁火灾下非线性有限元分析程序NFACCB,实现了加固梁火灾下的热力学耦合分析.分析结果表明:采用合理的防火保护,加固梁可以获得较好的耐火性能;防火材料厚度a和火灾载荷比k对加固梁耐火性能有显著影响;纵筋配筋率n、碳纤维布加固量m、防火材料导热系数以及截面尺寸也对火灾下的加固梁挠度产生影响;而加固梁挠度随防火材料的比热和容重的变化不明显.     

火灾下钢梁温度场模拟及实验验证

对钢结构进行抗火设计时,需要对钢构件进行温升计算.对于重型钢构件或构件不均匀受火作用以及构件表面保护层不同时,其截面温度分布很不均匀,温差将对构件截面内的应力场产生很大影响,因而也就影响到构件和这个结构在火灾下的反应.由于构件截面边界形状复杂,且火灾升温函数任意     

火灾下钢框架抗连续倒塌动力响应分析

为研究钢框架结构在火灾作用下的抗连续倒塌动力响应。通过ABAQUS有限元软件分别对二层四跨平面钢框架瞬间去柱动力试验以及平面钢框架火灾试验进行数值模拟。将数值模拟获取的竖向位移-时程曲线和破坏模态与试验结果对比,验证了有限元模型的准确性,获取的位移-温度曲线也验证了顺序热力耦合方法的适用性。在验证有限元模型有效性的基础上,进一步研究瞬间去柱的钢框架结构在不同受火温度下的抗连续倒塌动力响应。研究表明：不同节点的连接形式对钢框架进行瞬间去柱时,钢框架的破坏模态与结构的稳定性影响显著,当火灾高温下钢框架采用加强型节点时,框架柱更容易发生过度屈曲,从而更容易引发连续倒塌;温度越高,钢框架去柱后中柱节点的峰值位移值和稳定后的竖向位移值均有明显提升,结构动力响应越明显,结构抗连续性倒塌能力也越小。     

钢管混凝土柱截面温度场的简化计算方法

为方便实用,研究了火灾下铜管混凝土柱截面温度场的简化计算方法。首先,编制了有限差分法的数值计算程序来计算火灾下钢管混凝土柱的截面温度场,程序计算结果与试验结果符合得较好;其次在试验结果和大量数值计算结果的基础上分析了钢管壁厚、钢管直径以及混凝土骨料类型等因素对截面温度场的影响;最后,对部分主要因素对截面温度场的影响进行了简化处理,并拟合给出了火灾下钢管混凝土柱截面温度场的简化计算方法,简化计算方法的精度满足工程实用的精度要求。     

T型相贯节点在爆炸冲击和火灾作用下力学性能的有限元分析

针对T型相贯节点冲击、高温试验,利用ANSYS通用有限元分析软件,采用显式-隐式序列求解方法,对T型相贯节点在爆炸冲击荷载作用下的动态响应,以及冲击后的抗火性能进行了有限元模拟分析.计算中,充分考虑了应变率和温度引起的材料性能变化,分别得到考虑应变率效应的应变时程曲线,以及在应变率强化后考虑温度软化的耐火极限温度和节点破坏模式.将有限元计算结果与试验结果进行对比,验证了显式-隐式序列求解方法的可行性和结果的准确性.     

钢筋混凝土框架结构火灾反应分析

在钢筋混凝土框架模拟火灾试验和混凝土高温上本构关系试验基础上，根据不稳定抛弃讯理论和非线性直接刚度法，对钢筋混凝土框架在火灾进程中的温度反应和结构反应进行了非线性有限元分析。其中，考虑了钢筋的存在对温度分布的影响以及混凝土和钢筋在高温下的卸载规律对结构内力重分布所起的重要作用和高温瞬时徐主的影响。     

非对称受热条件下工字钢温度分布规律分析

通过对工字钢在非对称受热条件下的数值计算,得到了不同火源辐射功率下截面温度分布情况,并利用曲线估计进行统计规律分析,为钢结构建筑的耐火设计提供了重要依据。     

火灾下门式钢刚架倒塌模式及影响因素

采用火灾下门式钢刚架结构足尺倒塌试验验证有限元模型(FEM),然后对门式钢刚架结构进行二维及三维模拟,并研究构件升温工况、柱脚刚性、跨高比、防火保护、截面温度梯度、荷载比、风荷载及次要构件等因素对火灾下门式钢刚架结构倒塌模式的影响,归纳出四种典型倒塌模式。结果表明:有限元模型能准确预测火灾下门式钢刚架结构的倒塌行为;构件升温工况、柱脚刚性、荷载比及次要构件对倒塌模式影响较大,而风荷载、防火保护、截面温度梯度及跨高比对倒塌模式影响较小。最后,归纳了不均匀火灾下门式钢刚架结构的倒塌规律。     

矿渣高性能混凝土剪力墙火灾反应试验研究

针对 3榀矿渣高性能混凝土剪力墙模型在预加轴向压力 (轴压比约为 0 .2 )作用下的火灾试验 ,研究了持荷状态下剪力墙的火灾反应与抗火性能 .通过温度 -变形曲线、温度 -压力曲线和温度场的试验研究与对比分析 ,得出了不同迎火面温度、不同受火时间、有无外掺聚丙烯纤维的矿渣高性能混凝土剪力墙的火灾反应特点 ,研究了矿渣高性能混凝土剪力墙的抗火性能 .在火灾作用下 ,高性能混凝土剪力墙表面虽然会发生龟裂、起皮和局部爆裂等现象 ,但仍具有较好的整体性、稳定性和隔热性 ;加入聚丙烯纤维可在一定程度上改善高性能混凝土剪力墙的抗火性能     

火灾中不同材料对钢筋混凝土构件受力性能的影响

从材料性能的角度分析，不同材料对钢筋混凝土结构构件的影响机理与影响程度是不同的。钢材的影响主要与力学性能有关；混凝土的影响既与力学性能有关，也与热工性能有关；不可燃的面层主要与热工性能有关，而可燃面层可以加大火灾的危险性，不可燃面层是一层阻隔层，火灾时可以阻止热量向混凝土内部传播，因此混凝土构件火灾时的安全可靠性可以得到改善和提高。对于可以燃烧的装饰层而言，则会产生热荷载，结构构件在火灾时的损伤或破坏会加重。本利用欧洲规范采用的火灾时室内的温度－时间曲线、高温作用下混凝土和钢筋的本构关系，以及钢筋混凝土结构非线性分析方法，研究和分析了火灾时钢筋混凝土构件载面的温度分布和承载能力，并根据分析计算结果讨论了影响混凝土结构火灾安全性的因素。     

升降温条件对约束钢梁抗火性能的影响

采用有限元方法对约束钢梁的火灾性能进行模拟,并与试验结果进行比较,在验证仿真模型正确的基础上,研究不同升降温条件下钢梁的火灾响应,分析各参数对钢梁抗火性能的影响。结果表明:升温最高温度Tmax和形状系数Sc越大,升温速率越大,梁的耐火时间越短,变形越大;到达最高温度所用时间Tmax越大,升温越慢,且受火时间越长,变形越大,但相应的耐火时间也增长。短热模型较长冷模型耐火时间长,变形小,对抗火有利。降温段约束梁的挠度均有恢复,但升温时变形越大,降温后的残余变形也越大.