钢筋混凝土框架节点抗火性能试验研究及理论分析

利用大型模拟火灾实验炉进行了钢筋混凝土足尺框架节点在恒定加载和ISO834标准升温耦合作用下的抗火性能试验,分析了试验节点的温度场分布规律、变形特点、混凝土爆裂现象、耐火极限及破坏特征.试验结果显示,所试验节点都是由于节点梁的加载端位移达到最大挠度而达到耐火极限,梁端荷载比对节点的耐火极限有明显影响;接近耐火极限时,节点梁端在恒定竖向荷载作用下的竖向位移增长明显加快,并在较短时间内失去了承载能力,破坏带有一定的突然性.基于ABAQUS软件平台,开发了适用于钢筋混凝土框架节点火灾反应分析的梁单元用户材料模型及子程序,并对试验节点进行了全过程模拟分析,分析结果与试验结果吻合较好.     

钢框架中柱刚节点抗火性能试验研究

对栓焊和全焊4个中节点足尺试件进行了抗火试验研究和有限元分析.火灾试验采用恒载升温的模式,让节点单独受火,主要对节点的耐火时间、临界温度和极限转角进行了研究.试验表明:刚性节点耐火时间较短,一般能持续20 min左右;柱腹板设加劲肋可明显提高节点临界温度和极限转角;全焊节点抗火临界温度略高于栓焊节点,二者破坏时的极限转角相差不大.用有限元软件ANSYS 8.0对刚性连接的抗火性能进行了理论分析,得到的结果和试验基本一致.最后,根据试验和有限元分析的结果,对节点的抗火设计和施工提出了建议.     

主管管壁加厚的T型圆钢管节点抗火性能有限元研究

分别对未加固T型圆钢管节点和主管管壁加厚的T型圆钢管节点在高温恒载作用下的抗火性能进行了有限元分析.通过试验结果验证了有限元模型的有效性,并在此基础上建立了瞬态分析模型.分析时,升温曲线及热力学参数均按照欧洲规范(Eurocode 3)的规定选用;采用间接热力耦合的方法;忽略高温蠕变的影响.考虑了荷载比及主管管壁加厚程度对主管变形、主管端部轴向反力的影响;对比了不同荷载比下临界时间和临界温度;得到了不同情况下模型的失效模式.分析发现管壁加厚能有效提高T型圆钢管节点的耐火性能,并且在加固节点中,当管壁厚度和荷载比均较大时,失效模式由节点失效变为构件失效.     

节点域加劲肋设计研究

以原有的试验为基础,用有限元软件模拟试验环境,验证有限元软件所采用的建模方法、边界条件、加载方法的合理性,进一步利用现有的方法和条件对各种加肋形式节点域进行分析,找出加固性能最好的加劲肋形式.     

冷弯型钢夹支薄板剪力墙在竖向荷载作用下抗火性能分析

为了得到冷弯型钢夹支薄板剪力墙的抗火性能,利用有限元软件ABAQUS建立7个夹支薄板剪力墙模型,分析了火灾下剪力墙的温度分布、轴压比、冷弯型钢边柱厚度和竖向加劲肋对墙体抗火性能的影响。研究表明,受火2h时,内嵌钢板温度为墙体最高受火温度的80％,边柱与竖向加劲肋背火面帽形截面腹板处的温度为受火面相应位置温度的1/4。随着轴压比的增大,墙体在火灾下的破坏位置上移,并由整体屈曲向局部屈曲转变。边柱壁厚对墙体的破坏形态与耐火极限有较大影响,建议选取边柱壁厚不小于2.5mm;有加劲肋的墙体可以利用加劲肋平衡钢板;过早屈曲所导致的不均匀拉力,对墙体在遭受火灾时产生的破坏具有一定的延缓作用。墙体发生弯曲的方向与边柱的承载能力有关,墙体发生弯曲时,边柱帽形截面的帽檐首先发生较大屈曲变形,随后全截面发生屈服。     

大型焊接空心球节点的力学分析与试验研究

探讨了大型焊接空心球节点的破坏准则．并用板壳有限单元法和试验的方法，对其进行了计算分析和试验研究．最后对大型焊接空心球节点的承载力计算方法提出了修改建议     

钢骨高强混凝土框架边节点抗剪承载力分析

根据试验结果和理论分析，确定了钢骨高强混凝土框架边节点抗剪承载力组成中钢骨、高强混凝土、核心区箍筋的具体贡献,确定了在极限状态时的核心区总剪力的计算模型．按照叠加原理认为当达到极限状态时，钢骨、混凝土和核心区箍筋均达到各自的强度设计值，同时考虑了由于高强混凝土的脆性和边节点的约束使得节点强度降低的因素．从而确定了钢骨高强混凝土框架节点承载力的计算公式，通过与试验结果的比较，数据吻合较好．     

框架边节点强度的试验

框架节点是建筑物的关键所在,其承载力直接影响建筑物的安全性和可靠度。通过试验研究框架中节点,边节点;角节点的受力性能,分析了边节点受力机理,提出了设计建议。     

部分包裹钢-混凝土组合柱抗火性能研究进展

近年来建筑火灾发生频繁,为提高钢结构抗火性能,出现一种在H型钢两翼缘间填充混凝土形成的新型部分包裹钢-混凝土组合(PEC)构件.本文总结了PEC构件抗火性能的研究进展,旨在于为今后进一步研究PEC抗火性能提供参考.     

钢骨高强混凝土框架边节点抗剪承载力分析

根据试验结果和理论分析,确定了钢骨高强混凝土框架边节点抗剪承载力组成中钢骨、高强混凝土、核心区箍筋的具体贡献·确定了在极限状态时的核心区总剪力的计算模型·按照叠加原理认为当达到极限状态时,钢骨、混凝土和核心区箍筋均达到各自的强度设计值,同时考虑了由于高强混凝土的脆性和边节点的约束使得节点强度降低的因素·从而确定了钢骨高强混凝土框架节点承载力的计算公式,通过与试验结果的比较,数据吻合较好·     

非等强焊接接头屈服行为及屈服强度预测

细晶粒钢焊接接头热影响区晶粒粗化引起的屈服应力的局部下降,对接头安全性的影响需要做出定量评价.有限元分析发现,热影响区软化的对接接头的平板拉伸试样,在热影响区相邻的焊缝区和母材区,Mises等效应力升高,分布规律符合指数函数规律,而在热影响区相应减小,这种变化满足力的平衡条件.在此基础上提出了预测接头屈服强度的方法,其预测结果与有限元分析有很好的一致性.这种方法可用于热影响区软化焊接接头屈服强度的预测和高匹配接头的强度设计.     

基于有限元的无保护层钢结构柱抗火分析

采用大型有限元软件M SC.M ARC.M en tat,对具有轴向约束且无保护层的钢结构柱进行了非线性有限元分析,研究了不同轴向约束对钢结构柱抗火能力的影响,给出了典型约束钢结构柱的有限元网格划分和受压后的变形图,以及不同温度、不同约束刚度情况下的荷载-位移曲线,有限元数值模拟结果与试验进行对比,吻合较好.研究表明:室温下,轴向约束有利于提高柱子的极限承载能力,但在高温情况下,约束刚度的大小对柱子的抗火承载力却具有负面影响,轴向约束的提高降低了高温下柱子的极限承载力,并降低了柱子的极限温度承载力;在温度达到450℃之前,由于钢材的弹性模量改变与构件热膨胀而导致承载力的降低,温度超过450℃之后,弹性模量与屈服极限的折减,以及构件热膨胀所导致的约束反力共同作用使得构件更早失效.     

节点刚度对钢框架结构设计的影响

介绍了常用半钢框架节点分析模型,分析了节点变形的主要性能因素;并结合一些算例分析研究了节点刚度变化对框架结构性能的影响。     

A710高强耐候钢焊接接头耐蚀性分析

通过干、湿交替周期浸润试验和浸泡试验,结合腐蚀形貌观察和电化学测试,对A710高强耐候钢母材和焊接接头在模拟海洋大气环境(3.5%NaCl溶液)中的耐蚀性能差异进行了研究。结果表明,A710钢焊接接头不同区域的显微组织存在明显差异,即母材主要为铁素体,热影响区主要由铁素体和贝氏体组成,还有大量M-A岛,焊缝区则主要为贝氏体及少量针状铁素体,这种组织的不均匀性使得A710钢的焊接接头区域在3.5%NaCl溶液中形成了众多微电偶腐蚀电池,而多个微电偶腐蚀电池耦合会导致焊接接头发生宏观电偶腐蚀,焊缝和热影响区为阳极,母材为阴极;电偶腐蚀的存在则导致A710钢焊接接头在模拟海洋大气环境中的平均腐蚀速率高于母材。     

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能，但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法，以800MPa超细晶粒钢母材性能为参照，对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件，对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊，焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果，分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响，并依据全面屈服理论对裂纹张开位移（CYOD）值进行了分析。结果表明，焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此，该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材，焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

一种超细晶粒钢焊接宽板抗断裂性能的数值评估

800 MPa超细晶粒钢具有优良的综合力学性能,但焊接热作用可能导致焊接热影响区的晶粒长大及局部软化。通过数值分析方法,以800 MPa超细晶粒钢母材性能为参照,对其实际焊接接头的抗断裂性能进行了评估。采用MARC商用软件,对不同中心贯穿裂纹尺寸的母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行了三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊,焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作对比的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果,分析了焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响,并依据全面屈服理论对裂纹张开位移(CTOD)值进行了分析。结果表明,焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的全母材。因此,该拉伸板的抗断裂性能应优于全母材,焊接接头的局部软化并未对结构承载造成不利影响。     

钢框架结构火灾反映分析研究

就钢框架结构抗火性能的研究历程、研究进展和存在问题进行综述.并针对现阶段的研究状况,对需要深入探讨的课题提出建议.     

复杂铸钢节点受力性能试验研究

为掌握某机场连接楼桁架结构中铸钢节点在最不利设计工况下的受力性能,采用有限元数值分析方法并结合试验手段,对具有12根多方向支管空心铸钢节点的受力性能进行了研究.试验反力架设计为自平衡受力钢框架体系,试验荷载为1.2倍最不利设计工况荷载,采用12台液压千斤顶进行了3次同步分级加载,测试了铸钢节点核心区和各支管的应力及主要支管的端部变形.测试结果显示,加载过程中应力变化均呈线性,且卸载后主要支管端部变形以及各测点应变均能够恢复初始值.铸钢节点在试验荷载下仍处于弹性受力阶段,测试结果与有限元分析结果基本吻合.结合有限元分析与试验手段可全面把握复杂铸钢节点的应力分布规律及极限承载力,并判定其在最不利设计工况下的安全度.     

防火涂料和钢板间之间的层间应力

为了预测钢构件上防火涂料在外荷载作用下的破损,使用层间应力理论对拉伸和弯曲作用下防火涂料和刚板件之间的层间正应力进行了分析,对有限元分析层间正应力结果进行了验证.通过有限元分析,得到了弯曲和弯剪作用下层间正应力分布的规律,结果表明:不论弯曲或弯剪,防火涂料与钢板件间端部层间正应力的最大值只与防火涂料端部钢板件上的弯矩有关.进而采用层间引力理论对弯剪作用下最大粘结正应力进行了计算,并提出了一个简化计算公式.     

薄壁槽钢柱的抗火计算方法及参数分析

基于Rankine公式，提出了一种可用于计算热轧薄壁槽钢柱抗火极限的方法，采用有限元软件MSC．MARC．Mentat对模型进行非线性有限元分析，给出模型网格划分及其失效后的变形图。对比有限元分析结果与理论解，吻合较好。并针对薄壁槽钢柱的长细比、扭转刚度参数及截面的宽高比，对其抗火性能的影响进行参数分析。结果表明：长细比是影响柱子抗火能力的最重要的因素，长细比越大，极限抗火承载力越低；弹性弯扭屈曲向弯曲屈曲转化的临界长细比不随温度的改变而改变；对于薄壁槽钢柱而言，在截面面积一定或近似的情况下，截面宽高比越大，扭转刚度参数K越小，柱子在火灾下的极限承载力越好。