火灾下带墙板钢柱抗火承载力的研究

与ALC墙板相连的高频焊接H型钢柱与单纯钢柱的抗火承载力将会有所差别,文章通过有限元分析,研究了墙板对火灾下钢柱的抗火承载力影响和钢柱在火灾下的特性;将有限元分析结果与规程计算结果进行比较,验证了有限元分析的可靠性,并在此基础上分析了荷载比和截面温度梯度,为带墙板的钢柱抗火设计提供依据。     

岩体特性对围岩与结构动力相互作用影响

通过研究岩石特性,进一步对围岩与结构动力耦合机理进行分析。爆炸荷载原型实验研究困难较大,因此应用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流固耦合计算方法,对垂直爆炸不同岩石类别、不同跨度地下拱形结构进行数值模拟,得到了岩石类别对于不同跨度结构影响的不同规律。研究表明:岩石硬度越大,拱顶动力相互作用显著增大,远距离爆炸对大跨硬岩结构拱肩和拱脚产生明显的反复拉压作用;岩石越软,跨度越小,近距离爆炸对整个结构动力相互作用影响越大。     

爆炸作用下钢框架单柱模型计算方法

为了求解爆炸作用下钢柱的动力响应,研究钢柱的抗爆性能,以钢柱变形后单元的弧线长度和截面转角为未知量,得到钢柱在爆炸作用下受力性能的差分计算方法,此方法可考虑钢柱大挠度和轴向变形对其截面曲率的影响;通过算例与有限元的计算结果进行对比,验证差分计算方法的可靠性,同时给出该方法的应用条件。结果表明,考虑钢柱大挠度和轴向变形的差分计算方法可有效用于钢框架单柱的抗爆计算,计算精度满足工程需要。     

考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下屈曲温度与临界温度研究

通过参数分析研究考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下的屈曲温度与临界温度。考虑转动约束刚度比、轴向约束刚度比、荷载比,建立约束钢柱有限元模型,并采用文献中的试验进行验证。研究结果表明,约束钢柱静力分析和显式动力分析的屈曲温度几乎一致,而由静力分析得到的临界温度略小于由显式动力分析得到的临界温度,差别在30℃以内。随着转动约束刚度比的增大,屈曲温度与临界温度均上升,并且转动约束刚度比对临界温度的影响更大。随着轴向约束刚度比和荷载比的增大,约束钢柱的屈曲温度和临界温度均出现明显下降。基于参数分析的结果,在已有文献中关于钢柱屈曲温度和临界温度计算公式的基础上,提出新的屈曲温度和临界温度计算公式,提出的计算公式预测结果与本文有限元模拟结果吻合较好,利用试验数据对提出的屈曲温度和临界温度计算公式的有效性做进一步的验证,对比结果表明提出的计算公式可以很好地预测钢柱的屈曲温度和临界温度。     

建筑物外部爆炸超压荷载的数值模拟

在对易于遭受爆炸危害的建筑物进行抗爆设计与加固时,首先需要确定作用在建筑物上的爆炸超压荷载模型.但是由于受到建筑物自身特征及周围环境等多种因素的影响,作用在建筑物上的爆炸超压荷载十分复杂.为了掌握作用在建筑物上的爆炸超压荷载的特性,应用非线性显式动力分析软件建立了建筑物外部爆炸超压荷载的数值分析模型,分析了网格划分尺寸的大小对爆炸超压荷载计算结果的影响,模拟了建筑物外部的刚性地面上发生爆炸的过程,研究了爆炸冲击波在建筑外部空间中的传播与衰减规律,以及作用在建筑物外表面的爆炸超压荷载的特性.模拟了邻近建筑物对爆炸冲击波的反射和阻挡作用,同时研究了邻近建筑物的几何尺寸和位置等因素对作用在目标建筑物上的爆炸超压荷载的影响,从而为在建筑物的抗爆设计与加固中确定合理的爆炸超压荷载模型提供了理论依据.     

爆炸荷载作用下土埋圆柱壳动力屈曲分析

为研究爆炸动载作用下土中圆柱壳结构的动力稳定特性, 依据爆炸动载作用下土埋圆柱壳的受力特征,建立了考虑土与圆柱壳相互作用的土弹簧-柱壳计算模型,应用非线性有限元方法进行了数值计算。在圆柱壳结构动力屈曲过程数值分析的基础上,运用B-R屈曲准则判定土埋圆柱壳在爆炸动载作用下的屈曲临界荷载,并重点讨论了土层变形性质对圆柱壳屈曲荷载的影响,得到了土中圆柱壳屈曲荷载和土体弹性常数K的定量关系。结果表明,屈曲荷载随土体弹性常数的增大而非线性增大。     

基于ANSYS/LS-DYNA的钢筋混凝土框架柱抗冲击性能有限元分析

基于ANSYS／LS—DYNA非线性有限元显式动力分析软件,对钢筋混凝土框架柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,主要分析了流场压力分布和柱的破坏过程。模拟结果表明,在近距离爆炸空气冲击波荷载作用下,柱中棱边混凝土单元首先发生剪切破坏,然后柱底发生弯曲破坏;框架柱柱端约束与柱动力响应直接相关。     

爆炸荷载作用下植筋粘结应力有限元分析

为研究爆炸荷载作用下植筋的粘结锚固性能,采用ANSYS有限元分析软件,选取合理计算模型,对植筋试件在爆炸荷载作用下受力特性进行了数值计算。给出了爆炸荷载作用下锚筋动应变及动粘结应力的时程分布曲线和空间分布曲线,研究了锚长、加载速率和加载方式等各种因素的影响。最后将数值计算结果与试验值进行了比较,两者吻合良好。     

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.     

爆炸荷载作用下拱型结构端部动剪力响应的数值分析

为了解工程结构在爆炸荷载作用下的抗剪性能，应用有限元方法，分析了核武器和常规武器爆炸荷载作用下拱型结构的端部动剪力的线性和非线性响应特征；分析了结构厚跨比、荷载作用时间、边界约束条件以及塑性变形的影响规律。得出了厚跨比对端部动剪力影响较大，结构塑性变形只对端部动剪力第1个负向峰值或第2个正向峰值影响较大等结论。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

高强混凝土柱的耐火极限

编制了高强混凝土柱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.针对不同轴压比、截面尺寸、配筋率和荷载偏心率共480种工况进行了高强混凝土柱的高温反应分析,揭示了各主要参数对高强混凝土柱耐火极限的影响规律,并与普通混凝土柱的相应结果进行了对比.基于计算结果定量给出了高强混凝土柱耐火极限的简化确定方法.研究结果表明,高温爆裂对高强混凝土柱的耐火极限影响显著;严格控制轴压比和荷载偏心率、保证足够的截面尺寸,是提高高强混凝土轴压柱和偏压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.     

钢管混凝土叠合柱单面受火性能分析

基于ABAQUS有限元分析平台,对钢管混凝土叠合柱单面受火下的耐火性能进行系统的研究。合理确定钢材和混凝土的热工参数和热力学性能参数,利用热-力耦合分析方法,建立钢管混凝土叠合柱的温度场和力学分析模型;利用现有相关试验数据对模型进行验证,二者符合较好。在此基础上,对钢管混凝土叠合柱单面受火时的温度分布、耐火性能、破坏模态以及钢管与核心混凝土及外部钢筋约束混凝土之间接触性能的变化进行研究,为完善钢管混凝土叠合柱耐火性能分析的理论体系提供基础。     

标准升温下轻钢-混凝土组合梁的抗火性能研究

对标准升温下轻钢一混凝土组合梁的抗火性能进行了研究：采用ANSYS软件计算了轻钢一混凝土组合梁截面的温度场;采用数值算法计算了轻钢-混凝土组合梁的全过程曲线;采用抗力折减系数法分析了轻钢-混凝土组合梁的承载力在火灾下的变化情况;同时分析了各参数对温度场分布、全过程曲线及抗力折减系数的影响．结果表明：由于混凝土的吸热作用,钢梁的温度明显低于无混凝土时的裸钢构件;影响全过程曲线和抗力折减系数的主要参数是梁高和钢梁厚度,而其他参数影响较小;抗力折减系数的变化在后期比前期剧烈一些．理论分析结果得到了有关算例的验证．     

钢骨混凝土抗火性能非线性分析

进行了12个钢骨混凝土柱火灾下反应的试验．利用有限单元法和有限差分法的混合解法，编制有限元计算程序，得到钢骨混凝土柱的温度分布和极限承载力的数值计算方法．通过程序计算与火灾试验结果的对比分析，验证了分析理论和计算程序的可靠性．通过各种受火时间、长细比和偏心距的钢骨混凝土柱抗火性能的计算，得出了相应的极限承载力计算公式．