三面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限研究

目的研究方钢管约束钢管混凝土柱在三面受火情况下的耐火极限,为其抗火设计提供依据.方法在合理选取材料属性与边界条件的前提下,利用ABAQUS有限元软件建立三面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱的数值模型;在模型合理基础上,分析荷载比、长细比、截面尺寸、荷载偏心率和含钢率等参数对构件耐火极限的影响.结果荷载比和长细比对结构的耐火极限具有更显著的影响,耐火极限随荷载比和长细比的增大而减小;构件荷载比由0.4增至0.6,其耐火极限下降54.60%;长细比由20升至40,耐火极限下降25.68%;当含钢率由2%上升至4%时,构件的耐火极限上升10.94%;荷载偏心率对结构的耐火极限影响较为复杂,构件耐火极限在e/i=-0.2时极限承载力迅速提高.结论减小构件长细比,并增大含钢率,可有效提高构件耐火极限.     

相邻两面受火的内配型钢钢管混凝土柱的耐火极限

在实际工程中,由于柱子所处位置及墙体的吸热作用,柱子的受火边界发生改变,形成单面受火、相对或相邻两面受火和三面受火等非均匀的受火边界条件.基于ABAQUS有限元平台,计算内配型钢钢管混凝土柱在相邻两面受火条件下的耐火极限,剖析在受火过程中应力与应变的变化及发展情况,发现相邻两面受火时侧向挠曲变形有别于四面受火;最后,对影响耐火极限的主要因素进行参数分析.结果表明:火灾荷载比、长细比、荷载偏心率对耐火极限的影响较为显著,而钢管含钢率、型钢含钢率及保护层厚度对其影响不大.     

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.     

相邻两面受火矩形钢管钢筋混凝土柱耐火极限

为研究相邻两面受火的矩形钢管钢筋混凝土柱的耐火极限及其影响因素.利用ABAQUS有限元软件建立相邻两面受火的矩形钢管钢筋混凝土柱抗火分析模型,理论结果与以往国内外试验结果对比,两者吻合良好.对影响其耐火极限的各种因素包括截面周长、高宽比、长细比、配筋率、荷载比、材料强度等参数进行了分析,给出了耐火极限的理论公式.研究结果表明:在一定参数范围内,荷载比、截面边长和长细比是构件耐火极限的主要影响参数,表现为荷载比越小,截面边长越大,长细比越小,构件的耐火极限越高.     

非均匀受火的方钢管混凝土柱耐火性能分析

通过选取合理钢材和混凝土热工参数及高温本构模型,基于有限元软件ABAQUS建立了非均匀受火的方钢管混凝土柱耐火性能有限元模型。结果表明升温特性及耐火极限与火灾试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,表明该建模方法能够较好的模型钢管混凝土柱的耐火极限,可为该类构件抗火性能分析提供参考。     

非均匀火灾作用下T形薄壁钢管混凝土柱耐火极限

运用有限元软件ABAQUS模拟T形带肋薄壁钢管混凝土柱在非均匀受火全过程下的耐火极限,分析了不同受火方式下构件内部温度场和应力场的变化规律及联系,同时探讨加劲肋对二者产生的影响,在此基础之上分析载荷比、载荷偏心率、截面尺寸、计算长度、等因素对耐火极限的影响规律.研究结果表明:受火方式是构件耐火极限的决定因素;加劲肋间距对构件耐火性能影响较小;在不同受火方式下,计算长度、载荷比对耐火极限影响较大;偏心载荷对耐火极限影响复杂,偏向低温区可提高耐火极限.     

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。     

方形钢管混凝土叠合柱三面受火后偏压力学性能研究

为研究方形钢管混凝土叠合柱三面受火后的偏压力学性能，合理选取材料本构关系，建立方形钢管混凝土叠合柱三面受火后力学数值模型，对构件三面受火后的破坏形态、承载力-位移曲线、轴力分布进行分析。参考实际工程常用范围，对影响方形钢管混凝土叠合柱三面受火后偏压极限承载力的主要因素进行参数分析。结果表明：方形钢管混凝土叠合柱三面受火后破坏形态为弯曲破坏；受火时间、截面尺寸、长细比、核心面积比、偏心率、截面配筋率对方形钢管混凝土叠合柱三面受火后的偏压极限承载力影响较大。     

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.     

钢管再生混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为了研究压弯荷载作用下钢管再生混凝土组合柱的力学性能,以再生粗骨料取代率、偏心距、含钢率和长细比为参数,设计了16根组合柱试件进行轴心受压和偏心受压试验.研究结果表明:钢管再生混凝土组合柱偏压破坏过程和承载性能与普通混凝土的相似,受再生粗骨料取代率的影响不大;与轴压试件相比,偏压试件的初始刚度、极限承载力和变形能力减小;钢管含钢率增加或长细比减小,试件的抗弯刚度和极限承载力提高.试验结果分析基础上,建议采用能够考虑钢管作用以及对核心混凝土约束作用影响的计算方法进行压弯承载力设计.     

HRBF500级细晶粒钢筋混凝土简支梁的耐火极限

利用有限元软件ANSYS,对500MPa细晶粒钢筋(HRBF 500)混凝土简支梁的温度场及耐火极限进行分析.计算结果表明:ANSYS对温度场和耐火极限的模拟结果基本与试验结果吻合,初步验证程序的有效性.在此基础上,就不同荷载比、混凝土保护层厚度、配筋率共计36种工况组合进行有限元分析,考察各参数对HRBF 500混凝土梁耐火极限的影响,并据此建立耐火极限简化计算公式.     

高负载下外贴式CFRP片材加固钢筋混凝土梁的耐火性能分析

使用ABAQUS软件建立数值模型分析高温下CFRP加固梁的性能.考虑了CFRP-混凝土接触面的黏结-滑移效应,并将数值分析结果与试验结果对比,验证了模型的有效性.利用验证后的模型进行了大量数值分析,考虑了端部约束、荷载比、防火层厚度、黏结长度、受火条件等对试件耐火性能的影响.结果表明,设置端部约束可以有效提高试件的耐火极限,其中边缘约束和全长约束分别可以提高试件的耐火极限约40%,和80%,;试件的耐火极限随荷载比的增大而减小,随防火层厚度的增大而增大.以此为基础,提出了CFRP加固梁的耐火极限的回归预测模型,可以为工程设计提供参考.     

方钢管再生混凝土粘结滑移性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土的界面粘结滑移性能,利用废弃混凝土作为再生粗骨料制作了10根方钢管再生混凝土短柱试件,并对其进行推出试验研究,试验中考虑了混凝土强度等级、埋置长度和再生粗骨料取代率3个变化参数的影响,获取了方钢管和再生混凝土界面之间的荷载—滑移曲线,分析了各变化参数对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响。研究结果表明:方钢管再生混凝土荷载—滑移曲线大致经历了4个阶段,即无滑移阶段、应力上升阶段、应力突变阶段及应力下降阶段;取代率对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响较小,但埋置长度较小试件的起滑和极限粘结强度比埋置长度较大试件的大;混凝土强度对其二者影响较大。     

钢管再生混凝土受弯构件有限元分析

目的建立再生混凝土塑性损伤模型,对已有试验进行模拟,以验证其本构关系及有限元分析的正确性.方法通过有限元软件ABAQUS建立模型,对三组圆钢管再生混凝土和三组方钢管再生混凝土梁进行有限元分析,研究不同取代率下钢管混凝土梁的受力特性.结果不同再生混凝土取代率对方钢管受弯构件影响较大,而对圆钢管构件影响较小.圆钢管再生混凝土构件受力特性和普通混凝土构件差异不大,故在不同取代率下的计算方法可同普通圆钢管混凝土一样,而对于方钢管再生混凝土则需要根据混凝土约束系数进行修正.结论模拟所得梁跨中弯矩-应变曲线和试验结果吻合较好,证明了模型的正确性.     

钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验

对5个钢管再生混凝土轴压短柱和1个普通钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较钢管再生混凝土与普通钢管混凝土的破坏模式、荷载-变形关系和承载力关系,分析再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维对钢管再生混凝土性能的影响.结果表明,钢管再生混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱的破坏模式和受力过程基本相同;随着再生骨料取代率的增大,核心混凝土强度降低,变形增大,需要更大的约束效应约束核心混凝土,可以掺入硅粉、粉煤灰等矿物掺合料以及钢纤维来提高钢管再生混凝土轴压短柱的性能.根据现有相关规程对钢管再生混凝土的极限承载力进行计算,得到各规程在计算钢管再生混凝土极限承载力时的适用性.     

火灾后方钢管再生混凝土轴压有限元分析

在确定了火灾后钢管与再生混凝土的本构关系、单元类型及界面接触模型的基础上,根据构件的几何和材料非线性,建立了火灾后钢管再生混凝土轴压构件的ABAQUS有限元模型.利用有限元模型计算结果,对比了不同温度和不同取代率下的方钢管再生混凝土轴压短柱的载荷-应变关系曲线.结果表明,随着温度的升高,钢管再生混凝土的极限承载力整体上呈下降趋势,极限承载力随着再生粗骨料取代率的增大而逐渐降低.     

“T”形钢管混凝土芯柱耐火极限数值分析

为研究等肢"T"形钢管混凝土芯柱的耐火极限及其影响因素,采用有限元分析软件ABAQUS建立等肢"T"形钢管混凝土芯柱高温反应分析模型,在验证模型可靠性基础上,分析了载荷比、截东边长、长细比、载荷偏心率、含钢率等主要因素对"T"形钢管混凝土芯柱耐火极限的影响.研究结果表明:在一定参数范围内,载荷比和截面边长是构件耐火极限的主要影响参数,载荷比越小,截面边长越大,构件的耐火极限越高;长细比和载荷偏心率对其影响较大,长细比和载荷偏心率越小,构件的耐火极限越高;含钢率对其影响不显著.     

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.     

火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架内力重分布

火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架结构会产生膨胀变形.由于框架梁、柱的相互约束作用,框架结构不能自由膨胀变形,结构中发生内力重分布,影响框架结构的耐火性能.建立钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架有限元模型,用现有相关试验数据对有限元模型进行对比验证.利用该有限元模型在荷载和ISO-834标准升温作用下对钢管混凝土叠合柱-RC梁平面框架结构的内力重分布进行分析,并进行柱火灾荷载比和梁火灾荷载比不同作用下框架结构内力重分布的参数分析.研究表明:框架结构特征截面处内力变化剧烈;柱火灾荷载比和梁火灾荷载比对框架结构内力重分布产生显著影响,火灾作用下框架节点处梁端弯矩最大值约为常温值的3.8倍,应加强结构节点设计.     

多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能分析

为了研究多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能,设计了一种多腔钢管再生混凝土叠合短柱,应用ABAQUS对多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴向压力下的破坏模态、荷载位移曲线、受力过程、相互作用和轴压性能退化等性能进行了研究.结果表明:在轴压荷载下,多腔钢管再生混凝土叠合短柱弹性范围较长,极限承载力高,延性和刚度较好.受力过程中,多腔钢管再生混凝土叠合短柱的钢筋再生混凝土部分和钢管再生混凝土部分受力协同,钢管与核心再生混凝土之间的接触应力和钢管与外部钢筋再生混凝土之间的接触应力均集中在四个边角处和短边处,长边处的接触应力不明显.多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴压荷载作用下,能保持较好的延性、耗能能力和刚度.