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.

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。

单面受火的方中空夹层钢管混凝土短柱耐火极限

为研究单面受火的方中空夹层钢管混凝土短柱耐火极限,在合理选择材料本构关系和边界条件的基础上,利用ABAQUS软件建立了高温下方中空夹层钢管混凝土短柱温度场和力学场分析模型,通过与试验数据对比验证,结果吻合良好。基于此模型,对不同的混凝土强度、钢管强度、内钢管厚度、空心率、荷载比进行耐火极限参数分析,并定量给出计算此类构件耐火极限的简化公式。研究结果表明:荷载比是构件耐火极限的主要影响参数。荷载比越大,构件的耐火极限越小。

单面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限

目的研究单面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱火灾下的力学性能,解决方钢管混凝土柱在该条件下力学性能显著下降的问题,为钢管混凝土约束柱在单面受火后的修复加固方面提供理论指导。方法通过ABAQUS建立方钢管约束钢筋混凝土单面受火的有限元模型,研究单面受火过程中混凝土截面温度云图的变化,及构件受力过程中钢管、钢筋、混凝土的应力分布特征;在此基础上分析一定参数范围内试件的含钢率和配筋率,单面受火过程中试件受到的荷载比和荷载偏心率对截面温度分布规律和耐火极限的影响。结果荷载比、荷载偏心率对试件耐火极限影响显著,含钢率、配筋率对构件耐火极限影响较小;当荷载比为0.4,偏心率由0到0.4时,耐火极限提升了28.8%,偏心率由0到-0.2时,耐火极限降低了38.76%;当含钢率为0.4,荷载比从0.6降低至0.5时,耐火极限提升了42.68%。结论通过适当增大构件荷载偏心率、减小荷载比,可有效提升单面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限。

正交胶合木-混凝土组合楼板单面受火耐火极限试验研究

为研究正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限,设计并制作了4个正交胶合木-混凝土组合楼板试件和2个正交胶合木楼板对比试件,分别进行常温下受弯加载试验、持荷耐火极限试验和数值模拟。结果表明:常温下正交胶合木楼板的破坏模式主要包括底部规格材的顺纹受拉断裂破坏、上下两层规格材之间横纹劈裂破坏和中部规格材的滚剪破坏;常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的破坏模式包括现浇混凝土层与正交胶合木板的界面发生剪切破坏和底部规格材顺纹受拉断裂破坏;常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的初始刚度和受弯承载力比正交胶合木楼板的分别提高了237.8%和60.1%。受火后,正交胶合木板底发生了明显炭化,正交胶合木-混凝土组合楼板发生了明显的受弯变形。在荷载比相同的条件下,正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限比正交胶合木楼板的提高了335.3%;随着荷载比由0.20增加至0.50时,试件耐火极限由74.1 min降低至30.6 min。正交胶合木-混凝土组合楼板耐火极限的数值模拟精度误差在14.1%以内,满足工程精度要求。

方套方形钢管混凝土叠合柱单面受火下的力学性能分析

为研究方套方形钢管混凝土叠合柱单面受火下的力学性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立其单面受火下的数值模型,分析此类叠合柱单面受火下的截面温度场分布、耐火极限、破坏模式、内力重分布、耐火极限影响因素。研究发现,基于单面受火下的方套方形钢管混凝土叠合柱温度场于横截面呈单轴对称分布,偏心荷载、热膨胀附加偏心以及材料强度偏心三者之间相互作用对其耐火性能具有一定影响,荷载比、柱截面尺寸、长细比、截面核心面积比、荷载偏心率、外部混凝土抗压强度对其耐火极限具有显著影响;给出了方套方形钢管混凝土叠合柱单面受火下的耐火极限简化计算公式,为实际工程中评估此类构件的抗火设计提供有效可行的计算方法。

木柱单面及相邻两面受火后的剩余承载力试验

为研究我国常用树种木构件的抗火性能,采用水平燃烧炉并依据ISO834标准火灾温度曲线进行了5组共32根木柱单面或相邻两面受火的火灾试验,以及试件受火后的剩余受压承载力试验.结果表明,木柱有效面积因受火炭化而减小,相邻受火面之间呈圆弧状连接,边角棱角不再存在,靠近炭化层的高温分解层木材强度明显劣化;表面无防火措施木柱的平均炭化速度为1.1 mm/min,石膏抹面和防火涂料能有效延缓木构件开始炭化的时间,且防火涂料防火效果更为显著;受火木柱受压破坏时四侧面中心竖向应变有一定差异,偏压特征比较明显;极限承载力、极限位移和刚度随着受火时间增加而减小;截面较大柱的剩余承载力下降程度明显小于截面较小柱.

带有纤维增强复材拉结件的地聚物混凝土夹芯保温墙单面受火下温度场研究

预制混凝土夹芯保温墙体主要由内外混凝土叶板、核心保温板和连接内外叶板的拉结件构成。针对传统预制混凝土夹芯保温墙体进行了改进,采用了地聚物混凝土代替普通硅酸盐混凝土、BFRP筋代替钢筋,同时采用了新开发的六角筒型GFRP拉结件。共进行了5片预制混凝土夹芯保温墙体试件的单面受火试验以研究其温度场特性,测试参数为混凝土种类(地聚物混凝土和普通硅酸盐混凝土)、配筋种类(钢筋和BFRP筋)、叶板厚度(75 mm和100 mm)和拉结件种类(板式和六角筒型GFRP拉结件)。归纳对比了试验所得温度-受火时间曲线以及温度梯度曲线。同时基于通用有限元软件ANSYS进行了试件温度场的模拟分析。结果主要表明:1)地聚物混凝土试件在单面受火条件下的温度场特性与普通硅酸盐混凝土试件基本相同;2)采用BFRP筋的试件整体温度场略低于采用钢筋的试件;3)核心保温板具备较高的阻热性能,受明火约4 h后背火面叶板温度均低于247℃;4)所建立的有限元模型可以较好地模拟预制混凝土夹芯保温墙体的温度场,为下一步墙体受火下力学性能的研究建立基础。

单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱耐火极限

为研究单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火灾作用下单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱有限元模型,相关试验验证之后、分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析取代率、混凝土强度、荷载比、含钢率、荷载偏心率、荷载角、配筋率、截面尺寸和钢材强度等参数对构件耐火极限的影响规律。结果表明:荷载偏心率和荷载角对构件耐火极限影响较为复杂,当荷载角为180°时,荷载偏心率由0.2增加到0.4,构件耐火极限增加11.2%;当荷载偏心率为0.8时,荷载角由0°增到90°,构件耐火极限降低32.2%;荷载比和截面尺寸对构件耐火极限影响明显,当含钢率为5.33%时,荷载比由0.4增到0.5,其耐火极限降低37.1%;当钢材强度为Q345时,截面尺寸由200 mm增到300 mm时,构件耐火极限增加66.73%。基于上述规律并结合计算结果给出了单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限简化计算式,可为该类柱抗火设计提供参考。

受火混凝土温度场的试验与数值模拟研究

对火灾下预埋温度传感器的混凝土试件进行高温试验,研究了单面受火和三面受火两种工况下温度在混凝土内部的传播以及分布规律。在试验的基础上采用大型通用软件ANSYS对混凝土试件内部的温度场进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。结果表明:混凝土单面受火或三面受火时,同时间下不同截面高度处的温度值不同,说明温度沿截面高度的传递存在时差;在两种受火工况下,当混凝土内部温度达到100℃时会出现温度平台,试件表面会伴随出现潮湿现象;两种受火工况下混凝土内部的温度随时间的增长规律类似,但是距受火面相同高度处的温度值不同。

双钢板内置隔板组合剪力墙火灾下温度场分析

文中通过Abaqus有限元软件建立双钢板内置隔板组合剪力墙模型,选定混凝土和钢材的热工参数,选择温度场分析定解条件和升温曲线,进行温度场分析假设,分别考虑剪力墙单面受火和双面受火两种情况。经过有限元软件数值模拟分析后,得到双钢板内置隔板组合剪力墙的温度场分布规律。

基于标准火烧试验的混凝土热工参数反演分析

针对混凝土结构在火灾环境下温度场及热应力分布规律数值模拟分析中的热工参数合理选取问题,采用ISO-834标准升温曲线对预埋有K型铠装热电偶传感器混凝土梁进行单面明火试验,探明了混凝土梁在标准火灾环境下温度场的分布规律;基于欧洲规范中导热系数上限值,采用数值模拟手段再现了单面明火试验全过程,依据试验结果反演修正了欧洲规范导热系数上限值计算公式。结果表明:室内火烧试验炉内实际升温曲线与ISO-834标准升温曲线非常接近,说明试验模拟的火灾场景符合实际的火灾情况;采用欧洲规范的热工参数进行温度场模拟时,不同断面处的温度与试验值存在较大温度差,且模拟值均高于试验值;基于优化后的导热系数上限值计算公式,在距受火面10、20 mm处的数值模拟温度值与试验值的温差分别减小至4.43℃与2.21℃,验证了优化公式的合理性。