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。     

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.     

火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能的计算分析

为研究火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能,对已有试验结果进行理论分析,并提出计算火灾后构件力学性能简化算法.试验设置1根受火梁及1根对比梁,依据ISO834标准升温曲线对受火梁开展升温试验,静置后,进行受火梁及对比梁常温静载试验.根据实际升温曲线,利用有限元软件对受火梁温度场进行计算,结合常温及火灾损伤后材料力学性能,分析出截面弯矩曲率关系,得出截面抗弯刚度,继而计算出受火连续梁及对比连续梁的弯矩及位移.结果表明:当截面受压区直接受火时,刚度及承载力都有较大降低,其中刚度下降更加显著,当截面受拉区直接受火时,刚度及承载力变化较小;受火梁与对比梁相比,梁弯矩明显更多地向加载点分配,最终导致梁出铰顺序不同,随着荷载增加,常温梁中支座先屈服,继而加载点截面屈服,而受火梁加载点截面先于中支座截面屈服.计算结果与试验结果吻合较好,同时对比分析了传统的计算连续梁的方法,表明其不适用于预测火灾后损伤的连续梁力学性能.     

钢管约束钢筋再生混凝土柱三面受火下的耐火极限

目的 研究三面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限.方法 采用ABAQUS有限元软件建立了在IS0834标准火灾作用下三面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土温度场及耐火极限有限元分析模型,分析了三面受火过程中取代率、荷载比、混凝土强度、长细比、含钢率、荷载偏心率对构件截面温度及其耐火极限的影响.结果 荷载比对试件耐火...     

墙角火灾环境下钢构件温度分布及响应行为的实验研究

利用ISO9705标准火灾实验系统，模拟墙角火灾环境，以薄壁方管钢梁为研究对象，对钢构件在热、力耦合作用下的行为进行实验研究。对火灾的热释放速率与室内温度场，钢构件及其表面气体的温度、构件在火灾作用下的挠度进行测量，分析真实火灾下钢构件温升及温度分布的特点与火灾发展对构件挠度的影响。研究结果表明钢构件在长向上存在着很大的温差，而构件的挠度变化也并不对称，这说明以往研究中往往假设钢构件在长向上温度一致并不恰当，这种非均匀温度场对构件的行为有着重要影响，它使得构件高温区部分更易发生局部屈服而失效，在相同规模的     

1 ∶ 4缩尺厂房中功率火灾试验研究

为研究局部火灾作用下大空间建筑内火源、热烟气以及室内空间和钢构件温度场的发展及分布规律,设计建造了一个缩尺比为1∶4的门式刚架厂房模型,在模型内开展相当于中功率火灾的小规模火灾试验.试验过程中测量了模型内部各关键位置的热空气和钢构件温度,并采用《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249-2017)给出的钢构件温度场计算公式对试验中构件升降温进行计算对比.结果表明:热空气温度峰值从火源正上方向四周逐渐减小,沿跨度方向两侧温度分布基本对称.局部火灾下建筑内部空间明显可分为热烟气层高温区、次高温区和热烟气层以下区域.钢构件温度沿截面方向分布较均匀,其温度变化明显滞后于热空气.对于处在热烟气层以下的钢构件,其温度场计算需要额外考虑火焰的直接辐射作用.     

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.     

薄壁槽型钢-混凝土梁在标准火灾下的温升特性

对薄壁槽型钢-混凝土组合梁在标准火灾下的温度响应及耐火性能进行研究.采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS热分析程序,对薄壁槽型钢-混凝土构件在火灾下的温度场进行分析与计算.结果表明,在ISO-834标准升温曲线下,组合梁截面的温度分布是不均匀的,单纯地用给定临界温度来判定构件是否失效不合理.此外,填充混凝土能有效改善钢构件的温度场变化规律,在升温前期,填充混凝土的薄壁槽型钢-混凝土组合梁的温度显著低于未填充的型钢梁,降幅达30%~60%.     

火灾环境下钢构件升温过程的模型研究

对良好分层情况下的室内火灾进行建模，研究了实际火灾环境下的钢构件升温过程。在全尺寸的实验房间开展了油池火燃烧实验，通过不同的羽流模型和溢流模型，预测室内温度和钢构件温度的变化，并对羽流模型的适用性和影响计算的一些参量做了分析。最后对一个候机厅内钢架结构的零售商店的设定火灾进行构件升温预测。     

钢框架关键构件在火灾环境下安全评价方法

以构件强度和变形限制来判断是否需要加固,达到既不盲目加固又能保障安全的目的。根据钢结构和火灾学理论,采用火灾环境下钢框架关键构件为研究对象,选取火灾荷载密度、火灾持续时间和火灾温度为安全评定主要参数,根据构件的平均应力比来定义该温度工况下的关键构件,运用有限元对一个四层三跨钢框架进行热力耦合分析,提出了钢框架关键构件在火灾环境下的安全评价程序。以一个四层三跨受火钢框架为例,火灾环境下的关键构件承载力已经达到极限状态,不能满足承载力设计要求,需进行结构防火加固或构件替换。此方法可为钢结构建筑火灾安全鉴定及加固提供借鉴参考。     

简支钢梁在火灾下结构响应的分析及验证

采用有限元方法,模拟了H型简支钢梁在火灾下的结构响应,得到了瞬态温度场分布和梁挠度、转角和轴向变形的瞬态变化曲线,与试验结果比较,二者吻合,表明该方法正确可行,能够准确地预测梁出现屈曲失效的温度和时间,为火灾下钢结构的力学特性分析提供了一条行之有效的方法.本文还进一步分析了不同载荷对火灾中梁结构性能的影响.     

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.     

钢结构整体抗火模型的建立与有限元分析

考虑火灾下工字型钢梁温度沿截面高度呈非线性分布,以某角楼实际三维框架为研究对象,利用ABAQUS对在静力载荷和温度载荷共同作用下的钢框架整体结构进行数值模拟与有限元分析．通过编写输入文件对工字型钢梁截面施加非线性温度载荷,探索了火灾下整体结构的力学特性和薄弱环节,分析了受火区域不同时整体结构在局部火灾作用下的应力分布规律及变形特点,更加真实地模拟出了钢结构整体的抗火性能,为更加合理的进行整体结构的抗火提供参考．     

升降温条件对约束钢梁抗火性能的影响

采用有限元方法对约束钢梁的火灾性能进行模拟,并与试验结果进行比较,在验证仿真模型正确的基础上,研究不同升降温条件下钢梁的火灾响应,分析各参数对钢梁抗火性能的影响。结果表明:升温最高温度Tmax和形状系数Sc越大,升温速率越大,梁的耐火时间越短,变形越大;到达最高温度所用时间Tmax越大,升温越慢,且受火时间越长,变形越大,但相应的耐火时间也增长。短热模型较长冷模型耐火时间长,变形小,对抗火有利。降温段约束梁的挠度均有恢复,但升温时变形越大,降温后的残余变形也越大.     

标准火灾下U型钢-混凝土梁的耐火性能

为了研究U型钢-混凝土组合梁的耐火性能,文章采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS编制热分析程序,对组合梁在ISO-834标准火灾下的温度场进行了分析与计算。结果表明,在ISO-834标准火灾下,填充混凝土使U型钢-混凝土组合梁截面的温度分布不均匀,该梁的耐火特性显著优于普通型钢-混凝土组合梁,单纯地用给定临界温度来判定组合梁是否达到耐火极限不合理。此外,填充混凝土可有效降低钢梁截面的温度,产生温升延时效应,在升温前期,U型钢-混凝土组合梁的温度低于未填充混凝土的型钢梁,降幅可达15%~60%,温升延时可达约15 min。     

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。     

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．     

钢筋混疑土构件在火灾高温作用下内部温度分布的探讨

应用传热学的理论，对钢筋混疑土构件在火灾高温作用下的内部温度分布进行分析，得出构件内部温度分布的计算公式。对钢筋混凝土楼板、梁等构件可以进行内部温度分布的计算。     

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.     

T型相贯节点在爆炸冲击和火灾作用下力学性能的有限元分析

针对T型相贯节点冲击、高温试验,利用ANSYS通用有限元分析软件,采用显式-隐式序列求解方法,对T型相贯节点在爆炸冲击荷载作用下的动态响应,以及冲击后的抗火性能进行了有限元模拟分析.计算中,充分考虑了应变率和温度引起的材料性能变化,分别得到考虑应变率效应的应变时程曲线,以及在应变率强化后考虑温度软化的耐火极限温度和节点破坏模式.将有限元计算结果与试验结果进行对比,验证了显式-隐式序列求解方法的可行性和结果的准确性.