轴力作用下的约束钢柱受火性能参数分析

利用经过试验验证的有限元模型对轴力作用下约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析.分析结果包括各参数对钢柱轴力-温度关系曲线、钢柱跨中弯矩-温度关系曲线、约束钢柱破坏温度、无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差、约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差的影响等.参数分析表明:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;轴向约束减小约束钢柱的破坏温度,但是存在一个临界轴向约束刚度比,当大于该临界比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的破坏温度影响很小.     

约束钢柱火灾下受力性能的参数分析

利用验证了的有限元模型对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析。 考虑的参数包括轴力荷载比,弯矩荷载比,轴向约束刚度比,转动约束刚度比, 长细比和端部弯矩比等。参数分析的结果包括各参数对钢柱的轴力－温度关系曲线和跨中截面－温度关系曲线的影响, 以及各参数对约束钢柱的 临界温度,无约束钢柱与约束钢柱临界温度之差,约束钢柱的临界温度与屈曲温度之差的影响等。 主要结论为：(1) 约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;(2) 约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;(3) 轴向约束减小约束钢柱的临界温度,并且随之轴向约束刚度的增加,钢柱的临界温度逐渐减小,但 是存在一个临界轴向约束刚度比,当轴向约束刚度比大于该临界轴向约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对 钢柱的屈曲温度影响很小。     

轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能分析

针对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能进行了分析.结果包括各参数对约束钢柱轴力—温度关系曲线,跨中弯矩—温度关系曲线,约束钢柱破坏温度,无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差,以及约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差等的影响.主要结论为:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小,约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大;轴向约束减小钢柱的破坏温度,并随约束刚度的增加,钢柱的破坏温度逐渐减小,但是存在临界轴向约束刚度比,当大于该临界约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的屈曲温度影响很小;随着轴向荷载比和弯矩荷载比的增加,约束钢柱的破坏温度减小;端部弯矩比对约束钢柱的破坏温度影响较小.     

轴向约束钢框架柱火灾升温下屈曲后性能研究

提出了一种改进的Jezék方法,用于火灾升温下轴向约束钢框架柱屈曲后性能分析,高温条件下钢材的应力-应变关系考虑了钢柱屈曲后凸侧可能出现的卸载现象.对轴向约束钢柱的参数分析表明,随着约束刚度的增大,钢柱附加轴力增大,屈曲温度降低,但轴向约束对屈曲后性能影响很小;荷载比大的构件抗火性能差,屈曲温度低,屈曲后轴力下降迅速;长细比小的构件,屈曲后轴力下降缓慢,屈曲后抗火性能显著提高;初弯曲大的构件,屈曲温度低,附加轴力小.在局部火灾下,利用约束钢柱的屈曲后性能,可显著提高其抗火性能.     

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。     

时变约束混凝土梁的升降温全过程内力分析

利用有限元软件ABAQUS,对时变约束混凝土梁的升降温全过程内力变化进行了探讨.首先考察了梁端轴向和转动约束刚度的变化趋势;然后对单调升温以及先升温后降温情况下,时变约束混凝土梁的轴力和梁端弯矩变化过程进行了计算分析,并与定常约束混凝土梁的相应结果进行了对比.结果表明:高温下时变轴向约束梁的最大轴力比小于定常轴向约束梁,轴向约束刚度比初值越小二者相差越大;高温下时变轴向约束梁的最大梁端弯矩与定常轴向约束梁几乎相同;时变转动约束下梁的轴力比和梁端弯矩随升降温时间的变化曲线都与定常转动约束下的相应曲线一致.     

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。     

负载下外包钢筋混凝土加固轴压钢柱承载力计算方法

目的研究负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算方法.方法通过叠加法和极限平衡法,研究负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算方法,并与试验结果进行对比分析.结果提出了综合考虑初始轴压比、外包混凝土强度等级以及箍筋约束作用的负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算公式,通过将公式所得的计算结果与试验结果进行对比分析,发现运用此计算公式计算得到的极限承载力与试验结果比的平均值为0.941 5,平均误差为5.86%.结论根据试验结果与笔者所给公式的计算结果吻合良好,证明了该公式的正确性,并且此公式具有较好的安全储备,可用于指导实际工程.     

预加轴力作用下缺陷钢柱受横向冲击时的能量吸收

通过多项对比试验,研究存在不同缺陷类型钢柱在预加静态轴力的作用下,受到横向冲击时的垮塌行为和能量的吸收作用﹒通过实验中轴向位移、轴向力和加速度的测量,分析了缺陷钢柱的能量吸收,并通过高速摄像机的照片验证了实验结果﹒研究表明:缺陷钢柱在预加轴力的作用下受横向冲击后,试件的缺陷对塌陷后试件的塑性变形有十分明显的影响﹒     

火灾下轴向约束钢梁的样条有限元法

提出了一种同时考虑几何非线性和材料非线性的平面样条梁单元，并用其进行了火灾升温条件下沿截面温度分布不均匀轴向约束钢梁的受力分析．以节点的弯矩和轴力平衡为条件建立基本方程，可方便地考虑轴力的二阶效应和升温条件下材料的非线性，并可考虑温度沿截面的任意分布形式，避免了常规有限元法在单元刚度矩阵中考虑这些因素的复杂性．算例表明，该样条梁单元有足够的精度，且求解速度快于常规有限元法的壳单元．     

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。     

钢管混凝土组合柱耐火性能对比分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱、复式钢管混凝土柱、内嵌十字型钢钢管混凝土柱和4腔钢管混凝土柱4种钢管混凝土组合柱开展火灾下的力学分析,并采用相关实验数据进行验证.分析不同荷载比下钢管混凝土组合柱的温度场、位移-时间曲线、截面内力重分布等.结果表明：内嵌型钢(钢管)有助于提升柱体的轴向刚度,钢管混凝土组合柱的破坏模态表现为压缩鼓曲破坏;低荷载比下内嵌钢管允许方钢管发生更高的温度材性劣化,进而提升了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,提升效果越显著.     

材料模型对钢结构抗火性能分析结果的影响

研究了双线性和三线性两种不同的材料模型对火灾下梁极限温度、梁中的轴力、端点及中点的弯矩的数值分析结果的影响，发现由等向强化的双线性材料模型和考虑屈服平台的三线性材料模型所得到的钢结构火灾下响应的规律基本相同，但对极限温度和最大轴力及弯矩值却有较大的影响，直接关系到钢结构的耐火极限及耐火设计的可靠性和安全性．     

考虑蠕变的约束钢梁抗火性能分析方法

高温和荷载共同作用下钢材产生明显的蠕变变形,对钢结构在火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。在约束钢梁抗火性能分析中考虑蠕变的影响,引入钢材的高温蠕变模型,通过考虑蠕变产生的钢梁截面应变,建立考虑钢材高温蠕变影响的约束钢梁分析理论,并利用MATAB编写了计算机程序。采用该程序计算了火灾下约束钢梁的约束轴力和跨中挠度,计算结果和试验数据吻合较好。采用验证后的程序进一步分析了蠕变对简支钢梁和约束钢梁抗火性能的影响。研究表明:提出的分析方法可以准确考虑蠕变对钢梁抗火性能的影响;蠕变效应对简支钢梁耐火极限影响较小,而对约束钢梁影响较大。     

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.     

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。     

高温下钢筋和混凝土强度随机性对柱耐火极限的影响

引入具有不同概率水平的钢筋/混凝土相对高温强度——温度关系,在其他参数一定的情况下,通过大量计算分析,揭示了钢筋/混凝土相对高温强度的随机性对柱耐火极限的影响趋势。研究结果表明：①直接选用钢筋/混凝土相对高温强度随温度变化的均值曲线进行计算,可近似得到柱耐火极限的均值;②钢筋/混凝土相对高温强度的变异系数的变化范围和最大值明显大于柱耐火极限的变异系数;③随着荷载偏心率增加,钢筋相对屈服强度随温度变化的随机性对柱耐火极限的影响不断增强,而混凝土棱柱体相对抗压强度随温度变化的随机性对柱耐火极限的影响却不断减弱;④柱耐火极限服从正态分布。     

T型方管节点抗火性能的有限元分析

利用有限元程序ABAQUS对高温下恒载作用时T型方管节点的耐火性能进行了分析.有限元模型的精确性通过与有关文献报道的试验结果进行对比得到验证.分析计算时,由于高温引起材料性能衰退,考虑材料非线性以及大变形效应的几何非线性;节点环境温度符合ISO834标准升温曲线;分析方法为间接热力耦合;钢材在高温下的材料性能参数按照在结构抗火方面应用广泛的欧洲规范（Eurocode 3）采用.研究了T型方管节点在不同荷载水平作用下,主管变形、主管端部轴向反力随温度变化的规律,以及临界温度与荷载水平的关系等.