全过程火灾下矩形截面钢管混凝土叠合柱温度场数值研究

由于钢管混凝土叠合柱(ST-RC)具有良好的抗震性能和耐火性能,本文对矩形截面钢管混凝土叠合柱在标准火灾全过程(包括升温、降温阶段)下的热学性能进行了数值研究。利用Abaqus有限元分析软件建立矩形截面钢管混凝土叠合柱的热学分析模型,结合相关试验数据对模型的准确性进行验证,并对标准火灾升温、降温全过程下试件的温度场分布情况进行分析。结果表明:矩形截面钢管混凝土叠合柱在标准火灾升温下的温度场分布呈现双轴对称形态,外围混凝土厚度较大的长轴方向上构件内部测点的温度相对短轴方向更低;在火灾作用的全过程中,混凝土的温度变化存在滞后现象,使得试件受火表面之间距离越大的区域升温、降温的滞后时间也越长;在降温的最终时刻,截面温度场分布为内高外低形式,与升温结束时刻的温度场分布方式相反;与升温结束时刻相比,火灾后(历史最高温度)的温度场中混凝土材料达到劣化温度的区域面积更大,采用历史最高温状态的温度场进行火灾全过程中叠合柱结构相关力学性能的计算时更安全。     

火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架内力重分布

火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架结构会产生膨胀变形.由于框架梁、柱的相互约束作用,框架结构不能自由膨胀变形,结构中发生内力重分布,影响框架结构的耐火性能.建立钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架有限元模型,用现有相关试验数据对有限元模型进行对比验证.利用该有限元模型在荷载和ISO-834标准升温作用下对钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架结构的内力重分布进行分析,并进行柱火灾荷载比和梁火灾荷载比不同作用下框架结构内力重分布的参数分析.研究表明:框架结构特征截面处内力变化剧烈;柱火灾荷载比和梁火灾荷载比对框架结构内力重分布产生显著影响,火灾作用下框架节点处梁端弯矩最大值约为常温值的3.8倍,应加强结构节点设计.     

火灾时方钢管混凝土柱的温度场分析

利用有限元方法，分析了钢结构住宅方钢管混凝土柱火灾时的温度场分布，并给出了温度场分布公式，通过算例与试验结果进行了对比，证明了该方法的正确性。     

火灾下带肋薄壁方钢管混凝土柱温度场的计算

考虑了水分对混凝土热工参数的影响,采用有限元法编制了计算火灾下带肋薄壁方钢管混凝土柱截面温度场的程序,计算结果得到了以往实验结果的验证.在此基础上,分析了无保护层和带保护层构件截面温度分布的规律.结果表明:纵向加劲肋的存在加快了截面内的热传导,防火涂料保护层的隔热效果明显优于水泥砂浆.此外,考虑水分影响时截面点的升温比不考虑时滞后,对于升温迟缓的区域,最大温差可达到86℃.     

火灾下钢骨混凝土柱温度场分析

在合理建立室内火灾传热模型基础上 ,利用有限单元法和有限差分法的混合解法 ,给出了钢骨混凝土柱高温下温度分布的数值计算方法 ,并编制了有限单元法计算程序 ,以分析火灾下钢骨混凝土柱在不同时刻的温度场 .通过程序计算与火灾试验结果的对比分析 ,验证了分析理论和相应计算程序的正确性和可靠性 .     

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。     

钢管混凝土叠合柱偏压工作性能研究

提要:为研究钢管混凝土叠合柱偏压工作性能,基于合理的材料本构关系模型,采用有限元法对钢管混凝土叠合柱偏压荷载—变形关系曲线进行了计算.将理论计算结果与试验结果进行了对比,验证了理论分析模型的正确性.在此基础上,对钢管混凝土叠合柱偏压构件的破坏模态、荷载分配、应力发展以及钢管和混凝土之间的相互作用等工作机理进行了细致分析;并研究了截面含钢管率对钢管混凝土叠合柱偏压构件力学性能的影响规律,结果表明:提高截面含钢管率虽然增加钢管混凝土在叠合柱中的承载比例,但对增加叠合柱极限承载力的效果不明显.最后建议,为保证钢管混凝土叠合柱中各组成部分的材料性能可以得到充分利用,截面含钢管率不应小于25％.     

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。     

火灾条件下混凝土柱温度场的数值模拟分析

采用非线性有限元方法对火灾时混凝土构件的温度场进行了仿真计算,计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上计算了多种火灾情况下混凝土受压柱的温度分布情况,为灾后建筑物的检测评定与加固设计提供了一定的依据。     

钢管混凝土叠合柱式桥墩弹塑性抗震分析

运用有限元程序Midas/civil对钢管混凝土叠合柱桥墩在E1、E2地震作用下的抗震性能进行弹塑性分析,并与因阻水超限而不便采用的钢筋混凝土桥墩的计算结果进行比较.结果表明钢管混凝土叠合柱桥墩的承载、延性性能均优于钢筋混凝土桥墩.该结论能为同类桥梁在偶遇荷载作用下的设计提供参考,同时为在桥梁下部结构中采用钢管混凝土叠合柱的新的设计理念提供有利支持.     

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．     

含钢率对混凝土截面温度场分布的影响

将钢筋的圆形截面等效为面积相等的方形截面,采用四边形单元建立配置钢筋、型钢的混凝土截面的二维温度场分析模型,分析纵筋配筋率、型钢含钢率对混凝土截面温度场分布的影响.算例计算结果表明:钢筋对截面温度场分布计算结果影响较小,钢筋的存在使保护层内混凝土的温度降低,核心混凝土的温度升高,忽略钢筋对截面温度场分布的影响是合理的.型钢对截面温度场分布的计算结果影响较大,受火180min内混凝土截面内型钢翼缘中心处和截面形心处温度计算结果最大分别相差17.1℃和98.7℃;高温下型钢混凝土构件的抗火性能研究中,需要考虑型钢对截面温度场分布的影响;型钢混凝土构件火灾灾后性能评定中,核心型钢的力学性能可基本恢复.     

多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能分析

为了研究多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能,设计了一种多腔钢管再生混凝土叠合短柱,应用ABAQUS对多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴向压力下的破坏模态、荷载位移曲线、受力过程、相互作用和轴压性能退化等性能进行了研究.结果表明:在轴压荷载下,多腔钢管再生混凝土叠合短柱弹性范围较长,极限承载力高,延性和刚度较好.受力过程中,多腔钢管再生混凝土叠合短柱的钢筋再生混凝土部分和钢管再生混凝土部分受力协同,钢管与核心再生混凝土之间的接触应力和钢管与外部钢筋再生混凝土之间的接触应力均集中在四个边角处和短边处,长边处的接触应力不明显.多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴压荷载作用下,能保持较好的延性、耗能能力和刚度.     

带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的承载力及可靠度分析

为了探求一个合理的设计公式来计算带圆钢管的劲性高强混凝土柱在轴压下的极限强度,完成了包含13个短柱试件在内的轴心受压试验以研究该类柱在轴压下的破坏模式和极限强度．试验结果表明,在荷载作用下,直到荷载接近极限值时,柱中钢管、纵向钢筋以及混凝土三者之间的纵向应变基本上是协调的,计算结果与试验结果吻合良好,因此可以采用叠加原理来计算带圆钢管的劲性高强混凝土柱在轴压下的极限承栽力．此外,分析了该极限承载力计算公式的可靠度水平．分析结果表明,该承载力计算满足GB50068—2001对构件可靠指标的要求．     

圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

钢管混凝土拱桥温度效应研究

总结分析当前钢管混凝土拱桥温度效应的研究意义及主要研究成果,对于钢管混凝土拱桥温度效应进一步的研究,建议应注意基准温度的简单定量、复杂条件下的拱肋截面温度场、各种截面形式的拱肋温度和体系非线性温差等几个方面的问题.     

火灾后方钢管再生混凝土轴压有限元分析

在确定了火灾后钢管与再生混凝土的本构关系、单元类型及界面接触模型的基础上,根据构件的几何和材料非线性,建立了火灾后钢管再生混凝土轴压构件的ABAQUS有限元模型.利用有限元模型计算结果,对比了不同温度和不同取代率下的方钢管再生混凝土轴压短柱的载荷-应变关系曲线.结果表明,随着温度的升高,钢管再生混凝土的极限承载力整体上呈下降趋势,极限承载力随着再生粗骨料取代率的增大而逐渐降低.     

火灾下压型钢板—混凝土组合楼板温度场分析

在建立室内火灾传热模型基础上，运用有限差分技术编制计算程序，以分析火灾下压型钢板－混凝土组合楼板在不同时刻和温度场，并得到了试验验证，为进一步研究组合楼板的抗火性能提供了基础。