火灾下轴向约束钢柱性能的Shanley理论模拟

运用改进的Shanley理论对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱进行分析.在已有的Shanley模型上考虑轴向约束的影响,以铰链的两肢的应变作为基本未知量,考虑升温过程中引起的钢材的塑性变形和轴向温度膨胀,从而较为准确地得到钢柱的轴力-温度变化曲线,最后通过与初始轴力的对比得到钢柱的临界温度.计算结果表明该分析方法与有限元计算结果吻合较好.     

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.     

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.     

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。     

反复荷载作用下箱形压弯钢柱受力性能

分析16根箱形钢柱及85个数值计算构件的刚度退化特征、强度退化特征、荷载-位移变化曲线、破坏形态、应力分布规律,进而研究反复荷载作用下箱形压弯钢柱局部屈曲和整体失稳的相关作用机理。对试验数据及有限元计算结果进行统计分析,回归出反复荷载作用下箱形压弯钢柱稳定承载力的拟合公式。研究结果表明:当轴压比小于0.1或绕截面弱轴长细比小于40时,壁板局部屈曲对构件的受力性能起控制作用,腹板宽厚比对构件的延性、承载力退化、刚度退化均起主要作用;当轴压比大于0.2且绕截面弱轴长细比大于80时,构件整体失稳对其受力性能起控制作用,轴压比和长细比对构件受力性能的影响均非常显著。     

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.     

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。     

约束屈曲支撑受力性能及高阶模态分析

应用ANSYS对约束屈曲支撑在静力往复荷载作用下的受力性能进行模拟,通过计算得到支撑滞回曲线以及其内部应力分布状况.追踪支撑内核高阶模态屈曲的过程,结果表明约束屈曲支撑具有良好的耗能特性.通过对14个不同缝隙和5个不同摩擦系数的约束屈曲支撑进行计算,得出缝隙和摩擦力对约束屈曲支撑内力的影响.应确定合理的缝隙尽量减小磨擦力.     

屈曲约束支撑核心构件几何参数对支撑受力性能影响分析

通过对推导拟合的公式以及有限元模型的参数分析,研究核心段几何参数对屈曲约束支撑屈服时机及受力性能的影响.结果表明:支撑屈服前,屈服消能时机不仅跟μ_c值有关,还跟转换段与核心段面积比有关;支撑屈服后,可忽略支撑内核各段面积比对其应变的影响,只考虑μ_c对应变的影响;μ_c对支撑的滞回性能影响较大,随着μ_c的减小,支撑所能耗散的能量增大;μ_c的合理取值建议在0.3～0.7之间.     

考虑约束组合梁与组合节点相互作用的结构火灾反应分析

提出了考虑组合节点与约束组合梁相互作用的实用抗火计算方法.此方法考虑了由结构整体性产生的悬链线效应对组合梁临界温度的影响,考虑了非线性变化的端部约束对组合梁高温行为的约束和影响.最后利用试验结果对这种考虑约束组合梁与组合节点相互作用的结构火灾反应分析方法进行了验证.此方法为多层、高层建筑钢结构抗火反应分析及结构抗火设计...     

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.     

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.     

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．     

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。     

及有限元参数化分析

为研究实腹式型钢混凝土(SSRC)十字形异形柱的抗震性能,对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的SSRC十字形异形柱进行了低周反复加载试验,分析了各试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、位移延性.试验结果表明:当剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满;位移延性系数均大于3,破坏位移角在1/28~1/16之间.采用ANSYS对试件进行有限元分析,考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移,分析比较了轴压比、配钢率及加载方向三个参数对试件承载力及延性的影响,有限元分析结果与试验结果吻合较好.试验及有限元分析均表明:SSRC十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中.     

大兴安岭樟子松林火历史及火烧对林分结构的影响

为准确评价林火在大兴安岭樟子松林中的地位和作用，在大兴安岭呼伦贝尔盟莫尔道嘎林区樟子松林内，利用火疤木解析的方法，确定了3块火疤木集中的样地历史林火发生的年代及每次林火的火焰高度(h)；林火强度(I)通过经验公式计算；结合样地每木调查，推算了林火发生后样地林木胸径。研究表明，3块样地自1887～1976年间共发生10次林火，h为0．46～3．32m，I为48～3690 kw／m，平均林火间隔期(tMFI)约为19．8a。在樟子松林内高强度的火烧对林分生长造成破坏，迫使林分重新开始更新和演替，中度与低强度火作为一个自然选择力，排除抗火性较樟子松差的树种、灌木和杂草，加速养分循环，使存活下来的樟子松获得更大的存活与发展空间。tMFI与I成反比，因此过分干扰林火发生必将增加发生大火的可能性。     

方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点抗震性能试验

为研究方铜管混凝土柱与钢梁连接的隔板贯通式节点的抗震性能,对4个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,并对节点的承栽力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行了深入的研究与分析．结果表明,隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力;铜梁翼缘与隔板的连接构造对节点的延性、耗能能力和刚度退化影响较大,倒角放坡型节点比侧板加强型节点具有更好的抗震性能;隔板的厚度、浇筑孔径和铜管的宽厚比对梁端破坏节点的抗震性能影响较小,但在试件中浇筑混凝土可以显著提高节点刚度,减小核心区的剪切变形,改善隔板贯通节点的抗震性能     

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验

为研究方铜管混凝土柱与钢梁受拉翼缘连接的结构性能,基于隔板贯通节点承载力理论,对11个十字形节点试件选行了静力拉伸试验研究结果表明,圆弧倒角型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性,影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度与浇注孔直径,其次是钢管的宽厚比和隔板外伸长度;在铜管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度,但混凝土的强度对节点承载力影响不大．试验值与理论计算值比较分析表明,隔板贯通节点局部抗拉承载力理论计算公式对于填充混凝土的试件偏于保守,但过高估计了空铜管试件的承载力．