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.     

圆钢管混凝土构件温度场的数值模拟

火灾下圆钢管混凝土柱的热量传递是瞬态传热,求解截面温度实际上是求解截面内部的热传导方程.文中采用了大型有限元软件ABAQUS对钢管混凝土截面进行了计算和分析,计算结果和文献试验结果吻合较好,证明了ABAQUS软件进行构件截面温度场的理论计算有一定的精度,其方法是可靠的.     

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。     

T形钢管混凝土压弯构件强度承载性能

采用普通T形钢管混凝土柱的核心混凝土等效单轴本构关系,利用纤维模型程序分析了不同参数对T形钢管混凝土单向压弯、双向压弯柱截面强度的影响,参数包括钢材屈服强度、混凝土抗压强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、加载角度和轴压比等.研究表明:混凝土工作承担系数和加载角度对归一化的轴力与弯矩相关曲线的形状有重要影响;截面肢宽厚比和轴压比对归一化的双弯矩相关曲线的形状有重要影响.基于截面全塑性假设和大量数值结果回归分析,提出了T形钢管混凝土柱纯弯、单向压弯和双向压弯截面强度承载力的简化计算方法,简化方法计算结果与纤维模型分析结果吻合良好,简化方法可为工程设计提供参考.     

高温(火灾)下T形截面钢管混凝土柱轴压承载力研究

对高温(火灾)下T形截面钢管混凝土柱轴压承载力进行研究,运用截面叠加法对T形截面钢管混凝土柱进行分析,结合有限元数值模拟,得出T形截面柱沿高度方向的位移变化情况,结果表明:火灾前45分钟T形钢管混凝土柱由于钢管裸露受火后承载力迅速下降,因此T形钢管混凝土柱设计时必须考虑涂防火材料;高温火灾环境对T形截面柱的力学性能有较大影响,T形截面柱的轴向压缩变形随温度的升高逐渐增加;随着受火时间的增加,T形柱轴向变形的速度在不断减缓,可认为T形截面钢管混凝土柱在高温火灾下的承载力理论计算值与临界荷载值的差异逐渐减小,该方法通过有限元验证了其正确性。     

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.     

T形钢管混凝土单向偏压长柱力学性能分析

采用普通T形钢管混凝土柱的核心混凝土等效单轴本构关系,利用纤维模型程序对T形钢管混凝土单向压弯长柱的力学性能进行分析,讨论了混凝土抗压强度、钢材屈服强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、加载角度、长细比和轴压比等参数对构件偏压稳定承载力的影响.研究表明:混凝土工作承担系数、加载角度和长细比对正则化的轴力与弯矩相关曲线的形状有重要影响;基于大量数值结果回归分析,提出了T形钢管混凝土柱单向压弯承载力的简化计算方法,简化方法计算结果与纤维模型分析结果、试验结果吻合良好,简化方法可为工程设计提供参考.归     

复合方钢管混凝土短柱的轴压承载力

用试验与数值计算方法研究了普通方钢管混凝土柱的轴压承载能力。设计了2种复合截面方钢管混凝土短柱,与普通方钢管混凝土短柱做了对比轴压试验。试验结果表明,在受压柱变形的过程中,加劲肋有效地抵抗了管壁的屈曲,加肋复合方钢管混凝土柱的轴压承载力有明显提高。用数值方法对加肋复合方钢管混凝土柱的轴力应变全过程进行了计算。计算结果和试验结果吻合较好。提出了轴压承载力的简化计算方法。加劲肋是提高方钢管混凝土柱承载力的有效途径。     

三面受火后混凝土短柱受剪承载力的数值计算

基于有限元软件ABAQUS建立火灾后混凝土短柱推覆过程的数值分析模型,并对火灾后7根混凝土短柱的试验结果进行模拟分析,建议模型分析参数.分析水平力方向、受火时间、轴压比、剪跨比、截面尺寸、箍筋间距对三面受火后混凝土短柱受剪承载力的影响规律.基于自编的有限元程序计算三面受火后混凝土截面抗压强度的平均折减系数,提出三面受火后混凝土柱受剪承载力的实用计算方法.研究结果表明:数值模型对火灾后混凝土短柱受剪承载力的预测较准.     

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.     

火灾下钢管混凝土叠合柱温度场分布规律研究

应用有限元软件ANSYS对钢管混凝土（CFST）叠合柱在火灾条件下的温度场分布进行模拟计算,通过在CFST叠合柱表面建立表面效应单元,并建立温度节点模拟火源点,通过效应单元建立火源与柱之间的热量传递;在此基础之上,进一步分析受火时间、受火面、钢管厚度截面尺寸及位置系数等因素对柱截面温度场的影响规律,为进一步分析高温下CFST叠合柱的温度场分布规律及力学性能提供参考。     

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℃.     

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.     

方中空夹层钢管混凝土纯扭力学性能研究

当中空夹层钢管混凝土构件用于高架桥桥墩、输变电杆塔、风力发电支架等时,其抗扭性能是十分重要的,纯扭性能的研究是进行压扭、弯扭、压弯扭力学性能研究的基础,因此有必要对中空夹层钢管混凝土纯扭的力学性能进行深入研究。以名义含钢率和空心率为变化参数,设计了4根方中空夹层钢管混凝土试件和1根实心方钢管混凝土试件,对其进行了试验研究,并且利用有限元软件ABAQUS对纯扭试件的扭矩—转角关系进行了计算。研究结果表明:所有试件具有良好的延性和后期承载力;名义含钢率越大,承载力越大;空心率为0.4的方中空夹层钢管混凝土与实心方钢管混凝土纯扭试件力学性能接近。采用本文的有限元方法可以较好地模拟方中空夹层钢管混凝土和实心方钢管混凝土纯扭试件的扭矩—转角关系全过程曲线。     

火灾后外包薄壁钢管加固钢筋混凝土轴压柱力学性能的数值模拟

基于有限元ABAQUS软件,通过建立温度场模型与静力加载模型,对外包薄壁钢管加固ISO 834标准火灾作用后的钢筋混凝土(RC)柱的轴压性能进行研究.分析外包钢管厚度、加固方式和截面形状对外包薄壁钢管加固火灾后RC柱的刚度、轴压承载力和极限变形能力等的影响规律.结果表明:外包薄壁钢管加固火灾后RC柱的刚度、轴压承载力和变形能恢复甚至超过火灾前试件的水平,且随钢管厚度的增加、加固方式的改变,以及加固后截面形状的不同,混凝土柱的受力性能有不同程度的提高.     

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 .     

高温下混凝土轴压柱的截面极限承载力随机分析

在已有的混凝土和钢筋高温力学性能统计结果基础上,拓展了它们相对高温强度概率模型的温度适用范围;通过在混凝土轴压柱的截面分析中引入2种材料的随机性,探讨了该类柱的截面高温极限承载力的概率特性.研究表明:无论是否考虑材料常温强度的随机性,柱截面高温极限承载力都近似服从正态分布;是否考虑材料常温强度的随机性,对柱截面高温极限承载力均值几乎没有影响,但对其变异系数影响明显;直接选用混凝土和钢筋常温强度以及相对高温强度的均值进行计算,可较好地确定柱截面高温极限承载力的均值.     

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.     

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。