混凝土矩形柱的耐火极限分析及实用计算

采用常温下和高温下混凝土矩形柱的试验结果,验证数值模拟程序RCSSCF的有效性,并分析各主要参数对规定的升温过程下混凝土矩形柱耐火极限的影响规律.针对不同荷载比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角共9 000种工况,进行四面受火时混凝土矩形柱的高温反应分析.通过对大量计算结果的整理和分析,给出了该类构件耐火极限的实用计算公式.     

钢筋混凝土L形柱的耐火极限

利用数值模拟程序RCSSCF,分析了荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO834标准升温过程作用下钢筋混凝土等肢L形柱耐火极限的影响规律.针对不同荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角共5 400种工况进行了四周受火时钢筋混凝土等肢L形柱的高温反应分析.在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法.研究结果表明:荷载角对L形柱耐火极限的影响较大,且影响规律较为复杂;严格控制荷载比是提高L形柱耐火极限的有效措施.     

典型受火方式下等肢T形柱的耐火性能

利用高温下钢筋混凝土柱基于虚梁法的数值模拟程序RCSSCF,分析轴压比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO 834标准升温过程下典型受火方式钢筋混凝土T形柱耐火性能的影响规律.通过15 552种工况下T形柱的高温反应分析和计算,定量给出3种受火方式下钢筋混凝土T形柱耐火极限的实用计算方法.研究结果表明,严格控制轴压比是提高典型受火方式下T形柱耐火性能的有效措施;典型受火方式下,T形柱的耐火极限随计算长度的增加而线性减小;荷载角对典型受火方式下T形柱的耐火极限影响较大.     

钢筋混凝土简支梁的耐火极限

编制了普通／高强混凝土简支梁高温反应的全过程分析程序，程序中近似考虑了高强混凝土的爆裂效应，程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证．文中针对不同荷载比、混凝土保护层厚度、跨高比和配筋率共288种工况，进行普通／高强混凝土简支梁的高温反应分析，揭示了各主要参数对上述两类简支梁耐火极限的影响规律，并对两者进行对比．通过计算，定量地给出了两类简支梁耐火极限的简化确定方法．结果表明：高温爆裂对高强混凝土简支梁的耐火极限影响显著；严格控制荷载比和适当增加混凝土保护层厚度是提高普通／高强混凝土简支梁耐火极限的有效措施．     

“T”形钢管混凝土芯柱耐火极限数值分析

为研究等肢"T"形钢管混凝土芯柱的耐火极限及其影响因素,采用有限元分析软件ABAQUS建立等肢"T"形钢管混凝土芯柱高温反应分析模型,在验证模型可靠性基础上,分析了载荷比、截东边长、长细比、载荷偏心率、含钢率等主要因素对"T"形钢管混凝土芯柱耐火极限的影响.研究结果表明:在一定参数范围内,载荷比和截面边长是构件耐火极限的主要影响参数,载荷比越小,截面边长越大,构件的耐火极限越高;长细比和载荷偏心率对其影响较大,长细比和载荷偏心率越小,构件的耐火极限越高;含钢率对其影响不显著.     

配筋钢管混凝土柱抗火性能试验研究

为了提高钢管混凝土柱的抗火性能,在钢管混凝土柱中配置纵向钢筋和箍筋.对3根配筋钢管混凝土柱和1根钢管混凝土柱在恒定轴压荷载、两端简支条件下进行了火灾行为的试验研究.研究了配筋钢管混凝土柱的火灾反应、变形和破坏过程,测量了钢管混凝土柱截面温度场,并分析了钢管和配筋对钢管混凝土柱抗火性能的影响.试验表明,试验柱的破坏形态都是弯曲型,高温下配筋钢管混凝土的钢管退出工作后,由内部的钢筋混凝土圆柱承受荷载,其耐火极限比不配筋的钢管混凝土柱大得多,并且纵向钢筋数量多的配筋钢管混凝土柱,其耐火极限比配筋少的要大.对试验结果分析表明,耐火极限的计算值和试验值符合较好.     

三面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限研究

目的研究方钢管约束钢管混凝土柱在三面受火情况下的耐火极限,为其抗火设计提供依据.方法在合理选取材料属性与边界条件的前提下,利用ABAQUS有限元软件建立三面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱的数值模型;在模型合理基础上,分析荷载比、长细比、截面尺寸、荷载偏心率和含钢率等参数对构件耐火极限的影响.结果荷载比和长细比对结构的耐火极限具有更显著的影响,耐火极限随荷载比和长细比的增大而减小;构件荷载比由0.4增至0.6,其耐火极限下降54.60%;长细比由20升至40,耐火极限下降25.68%;当含钢率由2%上升至4%时,构件的耐火极限上升10.94%;荷载偏心率对结构的耐火极限影响较为复杂,构件耐火极限在e/i=-0.2时极限承载力迅速提高.结论减小构件长细比,并增大含钢率,可有效提高构件耐火极限.     

约束PEC柱(强轴)抗火性能试验研究

为了研究轴向约束对部分包裹型钢混凝土组合柱(PEC柱)抗火性能的影响,开展了轴向约束PEC柱的抗火性能试验研究和有限元分析.考虑轴压和绕强轴压弯两种受力形式,进行了两根ISO-834标准火灾作用下四面受火轴向约束PEC柱的抗火性能试验.测试了试件截面温度场分布、轴向及侧向变形和耐火极限,观察了试件的破坏过程.试验结果表明:施加柱端弯矩的约束PEC柱侧向变形速率大,其破坏形态与轴压约束柱明显不同,为绕强轴的弯曲破坏;相同荷载比下有柱端弯矩的约束PEC柱耐火极限比轴压约束柱略长,总体而言两者的耐火极限均较短.有限元分析结果与试验结果吻合较好,具有较高的精度,可用于进一步的参数分析.     

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际·方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45。斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44～1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.     

恒压荷载下混凝土柱高温性能测试方法

混凝土构件在火灾中的高温耐火性能对建筑结构的安全性具有重要意义.根据混凝土柱构件在火灾中承受恒压荷载和高温双重作用的特征,设计出一种混凝土柱高温性能测试方法:将混凝土柱置于恒压荷载下,对其进行加热并恒温,测试加热至不同温度的混凝土构件的性能变化.根据混凝土柱在加热过程中的初始爆裂温度、高温后的爆裂程度、裂缝形态和力学性能等指标,评价其高温耐火性能.通过对3组高强混凝土棱柱体进行测试,结果表明:该方法能反映出受压混凝土柱构件的耐火性能,并且具有对测试仪器要求不高、测试方法简便和结果可靠的特点.     

圆形钢套管加固混凝土柱的极限承载力

进行了33个圆形钢套管加固钢筋混凝土柱在轴心及偏心受压下的试验,研究不同初始轴压比、加固用钢套管厚度、长细比和偏心率下被加固柱的力学性能.研究结果表明,被加固柱的力学性能得到明显的改善,被加固柱的极限承载力随着长细比和偏心率的增加而降低,而初始轴压比对极限承载力的影响可以忽略.在试验结果的基础上,提出了圆形钢套管加固钢筋混凝土柱极限承载力计算的实用公式,极限承载力的计算结果和试验结果吻合良好.     

钢骨-钢管高强混凝土柱抗火性能试验研究

钢骨-钢管高强混凝土柱是一种组合柱设计的新模式,通过钢骨-钢管高强混凝土柱与普通钢管高强混凝土柱的对比轴向负荷和抗火试验,研究了钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火性能.试验结果表明,在相同的荷载水平下,两种组合柱的轴向变形均呈现三阶段变化规律:初始膨胀变形阶段、材料损伤导致的压缩变形稳定发展阶段和压缩变形急剧增长的破坏阶段;钢骨-钢管高强混凝土柱的压缩变形稳定发展阶段较普通钢管高强混凝土柱长很多,从而使钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火极限达到166 min,而钢管高强混凝土柱仅为46 min,由此可见在钢管高强混凝土柱中加入型钢可显著提高柱子的耐火性能.研究成果可为有关钢骨-钢管高强混凝土柱工程抗火设计提供参考.     

偏心率对钢管轻集料混凝土受压性能的影响

为了研究钢管轻集料混凝土构件偏心受压状态下的受力性能特征,对长细比为12,28,56等共54根不同偏心率的钢管轻集料混凝土偏心受压柱的试验结果进行了分析.通过构件的荷载、挠度、应力和应变等特征曲线,研究了构件破坏的过程特征,分析了偏心率对受压性能的影响机理.试验结果表明:偏心率越大,钢管轻集料混凝土构件的纵向应变发展越快;在破坏时,截面受压区高度随着偏心率的增大而减小,中和轴逐渐向偏心一侧移动;钢管轻集料混凝土的承载力随着偏心率的增大而减小,延性随着偏心率的增大而增大;偏心与稳定对钢管轻集料混凝土的承载力影响相互独立,其承载力折减系数可以由偏心折减系数乘以稳定系数得到.基于以上分析,给出了钢管轻集料混凝土的偏心折减系数计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

高强混凝土短柱抗剪承载力试验研究

通过对轴向荷载和水平低周反复荷载作用下高强混凝土框架短柱的试验研究,分析了影响高强混凝土框架短柱抗剪强度的因素,并得出了高强混凝土框架短柱抗剪强度的计算公式;计算结果与试验值较为吻合。     

不同饰面材料高强混凝土柱的高温试验

开展了8根装饰有不同饰面材料的高强混凝土柱式构件在ISO834标准升温条件下的明火试验，考察了饰面材料对构件表面混凝土爆裂的影响；分析了不同饰面材料高强混凝土构件的内部温度场，并与试验结果进行了对比。研究结果表明：（1）饰面材料的引入虽然延缓了构件表面混凝土的起爆时刻，但却加重了其爆裂程度；（2）双层防火板可较好地抑制构件表面混凝土的高温爆裂；（3）将饰面材料折算为等效混凝土的做法，总体上可较好地反映饰面材料对构件截面温度场的影响。为确保实际工程中高强混凝土构件具有足够的耐火能力，科学合理地评估饰面材料的作用是十分重要的。     

混凝土组合柱高温后轴压性能试验研究

针对RPC(活性粉末混凝土)管-混凝土组合柱(CFRT)这一新型组合结构的抗火性能开展试验研究.采用高温试验炉对7个大尺寸CFRT短柱进行升温试验及高温后的轴压试验，试验参数包括控制温度、配箍率和配箍方式.结果表明，CFRT高温下未发生爆裂现象；高温后的轴压承载力和刚度随试验温度的提高而降低，但具有相对较高的残余承载力；提高配箍率和采用双层配箍方式，有利于改善CFRT高温后的抗压性能；与已有的普通钢筋混凝土约束柱抗火试验结果相比较，CFRT具有更高的残余承载力比.CFRT具有优异的抗火性能.     

RPC预制管混凝土组合柱组合效应试验研究

配有高强螺旋箍筋的活性粉末混凝土(RPC)预制管内浇筑混凝土,形成一种新型组合结构——RPC预制管混凝土组合柱(CFRT).对9个不同箍筋间距的CFRT,3个箍筋约束混凝土柱和3个RPC空管开展轴向抗压试验,研究RPC管与内部混凝土之间的组合效应,以及箍筋间距对CFRT轴压性能的影响.结果表明:在荷载峰值下,组合柱中的RPC管没有出现明显的剥落现象,构件截面较为完整;CFRT柱的承载力显著高于对应的箍筋约束混凝土柱和RPC空管两者单独的承载力之和,在承载力上实现了超叠加;CFRT中配置的箍筋间距越小,组合柱的抗压性能越好;基于Mander模型和相应的简化,对CFRT的组合效应进行了分析,RPC管对组合柱的轴向承载力贡献在0.22~0.26之间,且随箍筋间距的增大而有提高的趋势,并提出了CFRT轴向承载力计算方法.