轴心受压约束钢管柱温度应力试验研究

为揭示轴心受压钢构件温度应力的变化规律,利用自行研制的专用设备,采用恒载连续升温试验方法,设13级约束刚度,3级初应力,6种长细比,对215根Q345钢管柱进行试验研究。结果表明:①温度应力是最重要的作用效应,在钢结构耐火设计与评估中必须考虑。升温后期温度应力虽下降,但此前试件已经失效。②约束刚度和长细比越大,温度应力越大,试件的破坏温度越低,反之相反;约束刚度越大,长细比越小时,温度应力-温升曲线塑性平台越长。③长细比影响试件的破坏特征:长细比较大时,破坏后侧向残余变形较大,轴向变形较小,为失稳破坏;反之相反,为强度破坏。④不同的初应力下在温升初期曲线基本重合,斜率相同;初应力越低,温度应力越大,曲线从初始重合曲线上分离越晚,反之相反。⑤随温升增大,曲线呈现4个阶段:温升较小时,温度应力与温升呈线性关系;随后应力增长变缓,呈非线性关系;温升继续增大,温度应力保持不变,试件进入塑性阶段;最后随温升增大而温度应力变小,试件失效破坏。

轴心受压约束钢柱的温度应力函数

为在火灾时准确评估轴心受压钢构件的温度应力,利用236根约束钢柱的温度应力试验数据,建立了轴心受压钢构件关于轴向约束刚度、长细比、初应力和温升4个参数的温度应力函数,其计算公式与共计32 997个实测温度应力数值点的平均相对误差为5.6%。如果将该温度应力函数嵌入钢结构分析程序,可以方便、准确地计算受轴向约束轴心受压钢构件的温度应力。

钢柱温度应力数值计算与试验对比研究

联合应用恒载升温热-力路径下所得ε-T-k材料模型与恒温加载热-力路径下所得ε-k-T材料模型,构建了一种与受火钢构件实际热-力路径相符的分段叠加计算模型,并将计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明:所采用分段叠加法突破了传统的恒温加载试验和恒载升温试验钢构件热-力路径,计算所得结果与试验结果相近,作为计算分析钢构件温度应力的一种方法,可有效提高钢结构抗火设计与评估的准确性。

钢管混凝土构件承载力影响因素研究

为了深入研究钢管混凝土柱的受力机理,开展了9个钢管混凝土柱的轴压和偏压试验,建立有限元软件ANSYS精确数值模型,重点分析材料等级、偏心率、径厚比和长径比等试验因子对钢管混凝土柱极限承载力的影响规律,可以发现数值分析结果与试验观测数据几乎一致,验证了数值模型的准确性,两者研究结果表明:钢管混凝土构件极限承载力和核心混凝土强度呈线性相关关系,C50核心混凝土构件比C30核心混凝土构件的极限承载力要高出25%左右;外包钢管对核心混凝土的约束效果随着径厚比增大而减弱,当短柱径厚比从20变化到40时,构件的极限承载力减少21%;加载偏心位置对构件承载力有较大影响,偏心率达到0.3时,构件极限承载力折减可达30%~40%。

角钢约束混凝土中长柱轴压力学性能试验及承载力计算

为了研究角钢约束混凝土中长柱在轴压荷载作用下的力学性能,以长细比、缀板间距、混凝土强度等级为变化参数,完成了8个试件的静力加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了其极限承载力、刚度、位移延性和耗能系数等力学性能指标;分析了各变化参数对力学性能指标的影响,利用统一强度理论、极限理论和叠加理论对试件的承载力进行计算。研究结果表明:长细比越小越容易发生柱端破坏,长细比加大后易发生柱中破坏;减小缀板间距,试件的极限承载力和变形能力均得到提高。随着混凝土强度等级的提高,试件的极限承载能力和初始弹性刚度得以提高,但位移延性和耗能能力有所降低。采用统一强度理论的计算值略大于试验值,采用极限分析理论和叠加理论的计算值均小于试验值。