钢框架结构的抗火计算分析方法

钢结构的抗火研究，主要有试验研究和理论分析两种。钢结构抗火计算理论的发展分为3个阶段：单根构件分析、平面框架分析和钢框架结构整体分析。主要综述了后两个发展阶段中提出的钢框架结构在高温下的性能计算分析方法及其研究成果。     

高强钢结构抗火研究进展

高强钢结构的性能与应用是近年来建筑结构领域的热点研究课题之一,其火灾性能至关重要.本文总结国内外高强钢结构的抗火研究现状,包括高强钢高温材料性能、高强钢构件抗火性能以及高强钢用于梁柱连接节点的抗火性能研究等.不同种类高强钢的高温力学性能差异显著,且基于普通钢材料力学性能的现行钢结构设计规范均不能经济可靠地指导高强钢结构防火设计;国内外对高强钢构件及节点的抗火性能研究以理论分析和数值模拟为主,试验研究相对匮乏,远不能满足高强钢结构设计需求.因此,有必要进行更多更深入的试验和理论研究,以完善高强钢结构的设计理论,为相关设计规范修订提供依据.     

钢结构建筑抗火设计研究

随着经济的迅速发展,钢结构在建筑中的应用也越来越广泛。但是钢结构抗火性能差,由于问题的复杂,目前对钢结构的抗火设计仍没有形成统一的规范和标准,尤其我国起步较晚,钢结构抗火设计还存在着许多问题,本文针对抗火设计方法进行研究分析,提出合理的解决方法。     

基于计算的钢结构抗火研究

分析了火灾对钢结构的危害,介绍了钢结构抗火设计的目的与其发展过程,重点讨论了钢结构基于计算的抗火研究,并对今后的工作进行了展望。     

混凝土结构抗火研究综述与建议

为了促进混凝土结构抗火研究的发展,从火灾温度场发展过程、混凝土结构抗火性能与抗火设计、火灾后结构损伤评估与加固修复、混凝土结构抗火性能提高方法等4个方面出发,总结混凝土结构抗火研究成果,指出研究中存在的问题并展望了其发展趋势。从空气、结构温度场2个方面归纳了火灾温度场研究方法,总结不同参数对混凝土材料、构件、结构高温性能的影响规律,分析现有混凝土结构抗火设计方法的应用以及其优点和不足,梳理火灾后结构损伤评估流程,分析火灾后实际工程损伤评估与加固修复案例,并对现有火灾后结构损伤检测和维修加固方法进行总结,最后,从材料及构造2个方面总结提高混凝土结构抗火性能的方法。研究表明:高温下混凝土结构力学性能劣化严重,掺加纤维、调整原材料配合比和应用合理构造措施可提高混凝土结构抗火性能,掺聚丙烯纤维可有效避免高性能混凝土高温爆裂。后续应重点研究高温下大空间混凝土结构温度场分布,材料高温性能随机性对混凝土构件力学性能的影响规律,不同温度-荷载路径及反复升降温对结构和构件高温性能的影响,科学的混凝土结构火灾损伤评估体系,结构抗火可靠度设计理论研究和高性能混凝土结构抗火设计方法等方面。     

中国钢结构抗连续倒塌研究：回顾与展望

结构连续性倒塌作为一种连续扩散型的结构破坏模式,因其往往带来巨大的生命财产损失和严重的社会影响而备受重视。随着钢结构在高层巨型和空间大跨方向的飞速发展,开展相应的抗连续性倒塌研究具有相当重要的价值意义。通过对近15年中国专家学者在钢结构防连续倒塌领域研究成果的回顾,从灾害无关类与灾害相关类两大方面进行较全面的梳理,总结了相关静力、动力和灾害类试验的方法及进展,分析了数值模拟和理论计算、评估等研究的侧重点以及提升钢结构抗连续倒塌性能的有效措施,简要介绍了相关理论成果在实际工程中的应用现状,最后在此基础上对中国钢结构抗连续倒塌研究的发展趋势进行了展望。     

浅谈钢结构抗火设计方法

随着经济的迅速发展,我国钢产量已名列世界第一,国家相应提出了“积极用钢”政策,因此钢结构在建筑中的应用也越来越广泛。但是钢结构抗火性能差,火灾教训也非常深刻,如“9.11”事件中世贸中心的迅速倒塌。由于问题的复杂,目前对钢结构的抗火设计仍没有形成统一的规范和标准,尤其我国起步较晚,钢结构抗火设计还存在着许多问题,本文针对抗火设计方法进行简单的分析,在比较中探讨合理的解决方法。     

火灾下钢结构悬链效应的分析

文章以整体结构为对象,以有限元分析软件ANSYS为平台,采用基于计算的结构抗火设计方法,本文通过对空间钢框架的温度-结构耦合计算,进行火灾情况下钢结构全过程反应分析,判断出火灾下结构的薄弱部位,考察受火构件与非受火构件的相互影响,更加真实地反映出结构的抗火性能。并给出了钢梁抗火的概念设计的建议。     

高层钢结构设计中几点问题的探讨

章介绍了钢结构在我国的运用和钢结构的优越性能；探讨了高层钢结构在设计方法、设计指标(高宽比限制，层间变形限值)、抗风设计(风振系数、人体舒适度等)、抗震设计、抗火设计中存在的一些问题以及迫切需要研究的方面。     

考虑约束组合梁与组合节点相互作用的结构火灾反应分析

提出了考虑组合节点与约束组合梁相互作用的实用抗火计算方法.此方法考虑了由结构整体性产生的悬链线效应对组合梁临界温度的影响,考虑了非线性变化的端部约束对组合梁高温行为的约束和影响.最后利用试验结果对这种考虑约束组合梁与组合节点相互作用的结构火灾反应分析方法进行了验证.此方法为多层、高层建筑钢结构抗火反应分析及结构抗火设计...     

高强结构钢S690高温力学性能

在火灾下,材料力学性能的退化是导致钢结构承载力降低的主要因素.对高强结构钢S690进行稳态和瞬态火灾试验研究,并将S690的高温材性试验结果与欧洲、美国、澳大利亚、英国和中国钢结构设计规范进行对比,结果表明,依据各国现行钢结构设计规范进行高强钢S690钢结构的抗火设计是不安全的.另外,对试验得出的高温下高强钢S690的弹性模量、屈服强度和极限强度折减系数进行数值拟合,给出可准确表征S690高温下材料性能退化的预测公式,可用于指导含高强钢S690构件的钢结构抗火设计,并为相关规范的修订提供参考依据.     

短T型钢连接行为的有限元数值模拟

采用有限元法对短T型钢连接性能进行了模拟，建立了三维模型，考虑了几何非线性、材料非线性和接触非线性因素，分析了螺栓预紧力对结构行为的影响，得到了载荷-变形曲线和Mises应力分布云图，其结果与实验数据有较好的相关性，表明所建立的计算模型合理、准确．同时进一步讨论了该结构在火灾下的响应，分析了温度载荷对结构的影响，为钢结构半刚性连接的设计计算提供了有效的数值模拟方法，对制定抗火设计规范具有指导意义。     

冷弯型钢夹支薄板剪力墙在竖向荷载作用下抗火性能分析

为了得到冷弯型钢夹支薄板剪力墙的抗火性能,利用有限元软件ABAQUS建立7个夹支薄板剪力墙模型,分析了火灾下剪力墙的温度分布、轴压比、冷弯型钢边柱厚度和竖向加劲肋对墙体抗火性能的影响。研究表明,受火2h时,内嵌钢板温度为墙体最高受火温度的80％,边柱与竖向加劲肋背火面帽形截面腹板处的温度为受火面相应位置温度的1/4。随着轴压比的增大,墙体在火灾下的破坏位置上移,并由整体屈曲向局部屈曲转变。边柱壁厚对墙体的破坏形态与耐火极限有较大影响,建议选取边柱壁厚不小于2.5mm;有加劲肋的墙体可以利用加劲肋平衡钢板;过早屈曲所导致的不均匀拉力,对墙体在遭受火灾时产生的破坏具有一定的延缓作用。墙体发生弯曲的方向与边柱的承载能力有关,墙体发生弯曲时,边柱帽形截面的帽檐首先发生较大屈曲变形,随后全截面发生屈服。     

CFS抗剪加固钢筋混凝土梁的耐火性能研究

采用厚型防火涂料对3根碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁和1根对比梁进行ISO834标准升温条件下的恒载升温耐火性能试验,得到试验梁的测点温度随时间增加的分布关系。分析不同加载方式、剪跨比、加固量和防火保护层厚度对高温下CFRP抗剪加固梁的破坏形态及耐火极限的影响。试验研究表明:剪跨比是高温下影响CFRP抗剪加固梁耐火极限和破坏形态的主要因素;抗剪加固防火涂料的厚度可以提高剪切破坏的耐火极限,但不改变弯曲破坏的耐火极限。编制了设有厚型防火涂料保护的碳纤维抗剪加固混凝土梁的截面温度场计算程序,通过试验结果验证程序的正确性。为全面考虑影响高温下碳纤维抗剪加固钢筋混凝土梁耐火极限的因素提供补充。     

钢框架中柱刚节点抗火性能试验研究

对栓焊和全焊4个中节点足尺试件进行了抗火试验研究和有限元分析.火灾试验采用恒载升温的模式,让节点单独受火,主要对节点的耐火时间、临界温度和极限转角进行了研究.试验表明:刚性节点耐火时间较短,一般能持续20 min左右;柱腹板设加劲肋可明显提高节点临界温度和极限转角;全焊节点抗火临界温度略高于栓焊节点,二者破坏时的极限转角相差不大.用有限元软件ANSYS 8.0对刚性连接的抗火性能进行了理论分析,得到的结果和试验基本一致.最后,根据试验和有限元分析的结果,对节点的抗火设计和施工提出了建议.     

高强钢S460高温力学性能研究与抗火设计建议

针对钢结构抗火设计中高强度结构钢材料力学性能参数的取值进行研究.为研究最常用的高强度结构钢S460N在高温下的力学性能,对其在稳态和瞬态不同火灾情况下进行材性试验,得到不同温度下S460N的弹性模量、屈服强度和极限强度的折减系数,并与现有文献和现行主要钢结构设计规范进行对比分析.通过与现有文献中欧标钢S460N和S460M、国产钢Q460以及普通钢的研究结果的比较,发现高温下结构钢的力学性能退化取决于钢材种类及其加工工艺.因此,各国现行的钢结构设计规范基于普通钢研究成果得出的设计建议不适用于高强度结构钢.此外,给出可用于指导设计的高强度结构钢S460N在高温下力学性能退化的拟合公式,并对其进行校验.     

空间钢管混凝土节点与空钢管节点应力集中分析

钢管结构具有承载力高、塑性和韧性好、制作和施工方便、经济性好等优点一直备受青睐.近年来钢管混凝土结构在桥梁工程中得到广泛应用,无论是空钢管节点还是钢管混凝土节点,管节点的设计成为一个非常重要的研究课题.直接焊接管节点是目前广泛应用的一种管节点形式,它是由几个主支管交汇而成的三维空间薄壁结构,其应力分布十分复杂.基于此,采用有限元软件ANSYS,选取常用三种典型节点形式,分析主支管管径比和主支管夹角两个参数对两类节点构件应力集中系数的影响.     

短舱管路接头耐火试验数值仿真预测

防耐火性能是航空发动机零部件满足适航要求的基本指标之一,在短舱火区内输送可燃液体的管路是其中的关键考核部件。为预测短舱管路耐火试验结果,评价管路接头火焰耐受性能,提出了开展标准火焰燃烧仿真获取第三类边界条件,通过管路流热耦合换热获取传热稳定后的流体域及固体域温度场,作为热边界条件进行结构变形分析考察管路接头接触状态的数值分析方法。通过直管火焰冲击试验及管路接头耐火试验对相关结果进行了验证。结果表明：出口管路温度预测结果误差小于3%,管路接头泄漏预测结果与试验结果一致。     

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