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。     

单面受火的矩形钢管混凝土柱截面温度场分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度场计算模型,并将计算结果与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,对单面火灾和四面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度分布形式进行了对比分析,分析表明,单面火灾作用下,矩形钢管混凝土柱截面温度整体较低,材料损伤程度较轻,因而有利于提高构件的抗火性能.但截面温度分布呈单轴对称,产生初始挠度与附加偏心距,明显区别于四面火灾作用下构件的耐火性能.在工程常用范围内,分析了升温时间、含钢率、截面宽度、高宽比、保护层种类及厚度等参数对矩形钢管混凝土截面温度场的影响规律.结果表明:升温时间、截面宽度、保护层种类及厚度对矩形钢管混凝土温度场影响较大.温度场研究结果为单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱耐火性能分析和抗火设计提供了理论基础.     

简支钢梁火灾行为的试验研究

为了考察火灾作用下简支钢梁的破坏特征及结构性能,对2根采用国产轧制H型钢的简支梁在不同荷载水平作用下的抗火性能进行了试验研究.采用水平燃油炉对试件进行升温,给出了采用轧制H型钢的简支梁在火灾作用下的变形和截面温度分布.试验结果表明:在火灾作用下,荷载对简支梁的挠度影响较小,对梁破坏时的温度影响较大.试验结果为H型钢梁火灾行为的理论研究提供了依据.     

钢管混凝土框架穿心节点连续倒塌数值模拟

为了研究穿心节点形式对钢管混凝土柱—钢梁连续倒塌的影响及不同参数下的力学性能,利用ANSYS有限元软件,采用非线性静力方法对2层2跨的穿心节点平面钢管混凝土框架进行抗连续倒塌性能研究,主要研究在中柱失效后框架的剩余结构在内力重分布过程中的受力特性、传力机制,并着重分析不同的节点连接形式对平面框架抗连续倒塌性能的作用,探讨了钢梁截面高度等重要参数对关键柱破坏后框架抗连续倒塌性能的影响。结果表明,穿心节点平面框架的抗拉性能优于不穿心节点平面框架的,在结构体系中能更充分发挥"悬索作用"阶段结构体系的性能;增大框架钢梁截面高度能显著提高结构在过渡阶段和悬索阶段的性能。     

火灾下基于纤维梁和分层壳模型的结构破坏机制分析

为分析混凝土空间框架结构在火灾下的反应规律及其破坏机理,基于已建立的纤维梁单元和混凝土分层壳单元的火灾破坏数值模型,通过在截面层次上来考虑构件截面的不均匀温度场分布及其材料非线性和几何非线性,并引入纤维梁单元截面形心结点与分层板壳单元结点的偏离以及位移协调条件来建立两者的连接模型,从而实现考虑楼板作用的整体结构火灾反应分析模型.最后,运用建立的模型对两个多层框架进行了火灾反应分析,分析了楼板和梁柱的相互作用规律及其破坏机制.结果表明,纤维梁单元模型和分层壳模型能够用于模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同.     

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。     

基于FDS的真实火灾下钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能

为揭示钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete, STRC)柱在真实火灾作用下的抗火性能,采用火灾动力学模拟(fire dynamics simulator, FDS)软件获取宿舍和教室场景下的真实火灾曲线,建立Abaqus模型对圆形STRC柱进行温度场和耐火极限有限元分析,获取真实火灾场景下温度曲线、载荷比、截面直径、长细比等参数对STRC柱耐火性能的影响.结果表明：真实火灾场景下STRC柱的变形受力性能与标准火灾场景下类似,耐火极限分别与载荷比和长细比成反比,与截面直径成正比.根据研究结果,建议采用真实火灾曲线对STRC柱进行精细化抗火设计,在工程所需的耐火极限范围内,可出于安全需要,基于等效爆火时间采用标准火灾曲线进行构件抗火设计.     

油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁性能及失效机理

针对钢-混组合连续箱梁在油罐车火灾下性能退化过程,以两跨钢-混组合连续箱梁为研究对象,采用热-力耦合计算方法,基于ANSYS软件建立有限元模型,在温度场中提取研究截面的控制点温度值,分析油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁的温度场分布特点,得到其火灾下的竖向温度梯度,获得热-力耦合作用下所研究关键截面的荷载-位移曲线,揭示油罐车火灾下两跨钢-混组合连续箱梁极限承载力的衰减规律,并分析不同桥梁火灾场景下两跨钢-混组合连续箱梁的破坏过程。研究结果表明:桥下火灾时,钢-混组合连续箱梁的钢箱梁部位整体升温剧烈,根据距火源远近,钢梁温度从高到低依次为底板、腹板、翼板,混凝土整体升温幅度较小;桥面火灾时,混凝土板整体升温较桥下火灾时大,钢梁部位升温较桥下火灾时小,不同桥梁火灾场景下受火断面沿梁高方向均呈现较大的温度梯度;桥下火灾时极限承载力丧失较桥面火灾时更为严重,受火25min中支点附近受火极限承载力丧失95%以上,跨中受火时丧失约68%,边支点受火时丧失约64%,中支点附近受火发生屈曲破坏,跨中受火及边支点受火发生弯曲破坏;桥面受火25min极限承载力丧失较少,仅为29%,由于混凝土隔热作用显著,钢梁性能退化较少,最终在跨中位置形成塑性铰。     

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．     

钢框架结构抗火混合试验基本原理及数值模拟

为了研究火灾下整体结构的力学性能,采用抗火混合试验方法仅取局部受火部位进行抗火试验,其余部分通过边界条件进行交互,不仅能考虑火灾下建筑结构的整体作用,而且极大地减小了试验规模,同时依旧保证较好的精度。采用ABAQUS有限元软件建立三层四跨钢框架模型,取单柱作为局部受火子结构模型,进行整体结构的抗火混合试验数值模拟。结果表明:抗火混合试验子结构与整体结构受火柱的温度、轴力、侧向挠度变化基本一致,而柱顶轴向变形仅在后期失稳阶段出现部分偏差,体现了抗火混合试验的准确性和经济性。     

火灾下门式钢刚架倒塌模式及影响因素

采用火灾下门式钢刚架结构足尺倒塌试验验证有限元模型(FEM),然后对门式钢刚架结构进行二维及三维模拟,并研究构件升温工况、柱脚刚性、跨高比、防火保护、截面温度梯度、荷载比、风荷载及次要构件等因素对火灾下门式钢刚架结构倒塌模式的影响,归纳出四种典型倒塌模式。结果表明:有限元模型能准确预测火灾下门式钢刚架结构的倒塌行为;构件升温工况、柱脚刚性、荷载比及次要构件对倒塌模式影响较大,而风荷载、防火保护、截面温度梯度及跨高比对倒塌模式影响较小。最后,归纳了不均匀火灾下门式钢刚架结构的倒塌规律。     

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。     

高温下的H型截面钢框架耐火性能影响因素有限元分析

在有限元模拟的基础上,介绍了高温下的钢框架在随着温度增加,结构呈现出不同的热效应,采用数值模拟软件对不同影响因素下的两层两跨H型截面钢框架耐火性能的研究,包括不同模型在不同高跨比下对钢框架结构力学性能的对比分析,以及不同模型在不同荷载种类与荷载大小下对钢框架结构力学响应的比较,研究表明:通过有限元分析能够得出,高跨比较大的钢框架对结构有利,转动约束刚度较小的钢框架结构力学性能较好。研究成果可为高温下的钢框架选优提供参考价值。     

连续直线钢箱梁剪力滞效应研究

制作了1个2跨连续直线钢箱梁模型,并对该连续直线钢箱梁模型进行了均布荷载和集中荷载试验.详细介绍了试验过程,测试了各控制截面的各种力学性能指标,并对试验梁加载全过程进行仿真分析,将理论值与实测值进行了对比.分析了集中荷载和均布荷载作用下箱梁各控制截面应变及剪力滞分布规律.     

钢结构可替换梁端塑性铰滞回耗能研究

为避免钢结构梁柱节点在地震作用下出现脆性破坏,提出一种新的梁端削弱型结构形式来实现塑性铰的外移。采用ABAQUS有限元分析软件对节点进行滞回耗能能力的分析,同时对不同削弱深度的截面内力进行对比分析,并使用Perform-3D软件的静力推覆工况对新型塑性铰框架和普通框架的承载能力进行对比分析。研究结果表明,首先达到屈服强度的截面是上、下耗能板削弱最深位置的横截面;随着耗能板削弱深度的增加,耗能板削弱最深处横截面就会越容易屈服,且能够有效地降低梁柱节点焊缝截面的作用反力;新型塑性铰的耗能能力主要与耗能板的削弱深度有关,在满足承载力要求的情况下随着削弱深度的增加,塑性铰的耗能能力不断增加;由静力推覆分析可知,拥有新型塑性铰框架的整体承载能力比普通框架的整体承载能力低,所以过度的削弱耗能板深度会导致框架不能满足结构承载力的要求。适当的削弱深度会增加节点延性,提高节点的抗震能力,实现塑性铰外移的目标,起到保护梁柱节点的作用。研究结果可为削弱型梁柱节点的研究提供参考。     

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.     

火灾下钢梁温度场模拟及实验验证

对钢结构进行抗火设计时,需要对钢构件进行温升计算.对于重型钢构件或构件不均匀受火作用以及构件表面保护层不同时,其截面温度分布很不均匀,温差将对构件截面内的应力场产生很大影响,因而也就影响到构件和这个结构在火灾下的反应.由于构件截面边界形状复杂,且火灾升温函数任意     

爆炸冲击对多层钢框架连续倒塌性能的影响

以5层钢框架结构为对象,对钢框架在爆炸冲击作用下的连续倒塌性能进行了研究.采用备用荷载路径法,分别对钢框架结构进行了静力非线性、动力非线性以及爆炸冲击作用下的动力非线性连续倒塌分析.分析结果表明:在常规的静力和动力非线性分析中,该框架具有良好的抗连续倒塌能力;在5 kgTNT的初始爆炸冲击作用下,钢框架的变形比常规分析...     

平面钢框架非线性高温反应分析

采用Eu ler-B ernou lli梁单元,考虑几何非线性和材料非线性以及温度沿截面高度的不均匀分布等因素,推导火灾条件下平面钢框架非线性分析的增量变刚度法相关公式,编制相应的计算程序,并进行具体算例的计算分析.算例计算结果与实验数据吻合.     

钢框架梁抗火承载力的有限元分析

为深入了解火灾下钢框架梁的破坏模式和各种因素对其抗火承栽力的影响，采用有限元法对工字形钢框架梁在不同荷载、不同约束下的极限承载力进行了理论计算，同时时平面框架进行了热一结构耦合计算．结果表明：钢框架中工字钢梁在火灾下的破坏模式为下翼缘侧移失稳，初始几何缺陷时刚接工字钢梁和简支工字钢梁的极限温度影响很小；受火梁由于梁的变形产生悬链力，会抵消一部分温度应力，且刚接梁在粱端部产生的局部屈曲进一步削弱了温度应力的影响；荷载较大时刚接梁的极限温度和耐火时间比简支梁高，且荷载时刚接梁的极限温度和耐火时间影响较小，对简支梁影响较大；粱柱节点是钢框架抗火的薄弱环节，火灾发生后非受火构件的内力也会发生较大的变化．