相对两面受火的方钢管钢筋混凝土柱耐火极限

目前有关方钢管钢筋混凝土柱抗火性能的研究主要是针对四面均匀受火的情况,而在实际中,会出现相对两面受火这一情况。为此,利用ABAQUS分析软件建立了方钢管钢筋混凝土柱在相对两面受火作用下高温反应有限元模型,在验证模型正确性的基础上,对其耐火极限进行参数分析,包括荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及配筋率等,得到了相对两面火灾作用下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数和影响规律,并给出了该受火条件下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明:荷载比、截面边长、长细比是相对两面火灾作用下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为截面边长越大,荷载比和长细比越小,构件的耐火极限越大。

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。

两端不等约束的方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析

为研究两端不等约束的钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能,提出相应的抗火设计方法,开展了两端不等约束方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能有限元分析,分析轴向约束刚度比、转动约束刚度比、截面边长、荷载比和长细比等参数对柱在火灾下的变形、轴力、弯矩、计算长度和耐火极限等的影响。结果表明:随着柱上下任一端转动约束刚度的增大,柱破坏时的计算长度减小,耐火极限增长;当柱两端转动约束刚度比在0~0.5之间时,增大转动约束刚度比对耐火极限提高的有利作用尤为明显。基于参数分析结果,提出了不同升温时刻和两端不等约束刚度下钢管约束钢筋混凝土柱计算长度系数和柱中轴力的简化计算公式,进而建立了与两端铰接柱和两端等约束柱抗火设计公式表达形式相同的两端不等约束柱的抗火设计方法,该方法可精确地计算两端不等约束的方钢管约束钢筋混凝土柱破坏时的轴力和计算长度以及耐火极限,可以用于无侧移平面框架中轴向约束和不等转动约束耦合作用下方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能设计。

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ISO834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极限影响显著,随荷载比增大耐火极限降低;含钢率在一定的范围内可以调高构件耐火极限,荷载比为0.6时,当含钢率由5.55%增加至7.02%时,耐火极限提升了14.77%;当含钢率由7.02%提升到8.51%时,耐火极限仅提升了3.09%。荷载偏心率对于构件耐火极限影响较为复杂,当荷载比低于0.5时,荷载偏心率对于构件耐火极限的影响主要取决于构件由于受火所引起的挠曲方向。结论适当减小构件荷载比、增大含钢率,可有效提高三面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱耐火极限。

方钢管钢筋混凝土轴压短柱高温后受力性能试验研究

通过6根未受火和12根明火试验后的方钢管钢筋混凝土轴压短柱静力试验,研究了升温时间和配筋率对受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力、刚度和延性的影响;对于升温时间30 min和60 min轴压短柱,分别测量了升温过程中关键位置的温度分布情况。试验结果表明:与常温轴压短柱相比,升温30 min且配筋率分别为1.45%及3.26%的轴压短柱,其剩余承载力、轴压刚度和延性分别降低13.4%及5.4%、20.8%及24.3%和31.9%及44.0%;对于升温60 min轴压短柱,其剩余承载力、轴压刚度和延性分别降低23.3%及12.8%、37.5%及39.1%和52.5%及61.5%。在试验基础上,结合GB50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》给出了火灾后方钢管钢筋混凝土轴压短柱剩余承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。

钢筋混凝土梁-方钢管混凝土柱环梁节点静力试验研究及设计方法

设计了11个RC梁-方钢管混凝土柱节点试件,考虑了节点形式、环梁截面尺寸、环梁纵筋和配箍率、抗剪环直径和数量及节点是否带楼板等因素,对其进行单调静力试验,研究梁柱节点受力性能及不同设计参数对其承载力的影响,分析试验现象及试件中钢筋应变发展规律。试验结果表明:环梁纵筋及箍筋的配筋率对RC梁-方钢管混凝土柱环梁节点的承载力具有显著的影响,可以通过调整环梁纵筋及配箍率使框架梁先于环梁破坏,达到强节点的目的;采用抗剪环筋传递剪力,能够可靠传力。在试验结果的基础上,以环梁破坏面的力平衡条件,推导了环梁节点承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。

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。

弘毅中心办公塔楼结构设计

弘毅中心办公塔楼为大跨复杂高层结构,筒体(剪力墙)偏置在一侧,采用方钢管混凝土柱+H型钢梁+钢筋混凝土筒体结构体系。该结构具有以下特点:一是框架柱数量较少,属于疏柱框架;二是筒体偏置,扭转效应较显著;三是筒外办公区域钢梁跨度较大,约为19m。针对筒体偏置、疏柱框架及大跨钢梁等结构特点,利用MIDAS,ETABS软件进行了小震计算与复核,并对结构的疏柱框架、偏心筒、大跨梁板体系做了专项分析;采用LS-DYNA软件对结构进行了罕震作用下的弹塑性时程分析。结果表明,小震作用下结构主要抗侧力构件处于弹性工作状态;大震作用下框架体系基本完好,筒体剪力墙出现轻微程度损伤;结构变形满足规范要求,结构体系合理可行。