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首页钢管混凝土框架火灾性能分析:热力耦合与参数研究
"考虑火灾全过程的钢管混凝土平面框架受力性能分析 (2014年)" 本文是一篇关于工程技术领域的论文,主要探讨了钢管混凝土结构在火灾全过程中受力性能的变化。作者王景玄和王文达通过ABAQUS软件建立了一个热传导分析模型和热力耦合数值模型,以模拟钢管混凝土柱与组合梁平面框架在火灾中的行为。他们选择了合理的热力本构模型和边界条件,并用实验数据进行了对比验证。 在模型建立的基础上,作者进行了升温和降温过程中的框架水平荷载(P)-水平位移(△)曲线计算。他们采用了ISO-834标准火灾升温曲线,这一曲线反映了实际火灾中温度随时间的变化规律。研究结果显示,火灾导致框架的水平极限承载力和初始刚度降低,柱顶的轴向压缩量在火灾降温阶段减少。这表明火灾不仅影响结构的承载能力,还影响其变形特性。 进一步的参数分析揭示了柱火灾荷载比、防火保护层厚度以及柱长细比对P-△曲线形状有显著影响。柱火灾荷载比指的是柱在火灾中承受的荷载与其在正常条件下的荷载之比,它直接影响结构的受力状态。防火保护层厚度可以延缓混凝土内部温度上升,从而影响结构的耐火性能。而柱长细比则关乎柱的稳定性和变形特性。 该研究深入探讨了火灾对钢管混凝土结构性能的影响,为设计和评估此类结构在火灾环境下的安全性和耐久性提供了理论依据。这对于提高建筑物的防火设计和灾难响应策略具有重要意义。此外,通过数值模拟方法,该研究为未来类似的抗火性能研究提供了一种有效的分析工具和技术路线。
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第
33
卷第
11
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
1.3
3
No.11
2014
考虑火灾全过程的钢管混凝土平面框架受力性能分析
王景玄,王文达
(兰州|理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室,兰州
730050)
摘
要:为系统研究铜管棍凝土结构的抗火性能,在合理选取铜管与幅凝土热力本构模型以及边界条件等基础
上,基于
ABAQU5
软件建立了铜管混凝土柱-组合梁平面框架的热传分析模型和考虑火灾全过程作用的热力搞合数值
模型,并与已有试验数据对比验证。在此基础上进行了考虑升降温与外荷载共同作用下框架水平荷载
(P)
-
水平位移
(.1)曲线计算和参数分析,火灾升降温曲线选取
150
-834
标准曲线。结果表明:由于火灾作用使得框架的水平极限承载
力和初始刚度均有所降低,柱顶轴向压缩量在火灾降温过程中有所减小;柱火灾荷载比、防火保护层厚度以及柱长细比对
框架
P-
.1
曲线形状影响较显著。
关键词:钢管混凝土;组合框架;有眼元法;火灾全过程;力学性能;参数分析
中图分类号:
T
U3
98
文献标志码
A
DOI:
1O
.13465/j.
cnki.
jvs.
2014.
1
1.
022
Mechanical
behavior
analysis
of
a
planar
frame
with
concrete-fllled
steel
tubular
columns
exposed
to
overall
stage
flre
WANG
ling-xu
α
n
,
WANG
Wen-d
α
(Key
Laboratory
of
Disaster
Prevention
and
Mitigation
in
Civil
Engineering
of
Gansu
Province
La
nzhou
University
of
Technology
,
Lanzhou
730050
,
China)
Abstract:
In order
to
study systematically the fire-resistance ability of a concrete-filled steel tubular (
CFST)
structure , a finite element
(FE)
model of a planar composite frame with CFST columns , and steel and concrete composite
beams exposed
to
overall
st
吨
e
fire was built based on ABAQUS. The reasonable thermal and material models of steel and
concrete were used in the
FE
mode
l.四
le
simulation results of the
FE
model were verified with the others' experimental
results. The lateral load
(P)
versus lateral displacement
(Â)
relationships and parametric influences of the composite
frame were caculated under combined loading and temperature varying including heating and cooling phases following the
ISO-834 standard fire curve. The results showed that the ultimate bearing capacity and initial stiffness of the composite
frame drop due to the fire high temperature; the axial displacement of columns decreases during the cooling stage; the fire
load ratio of column , thickness of fire protection layer and slendemess ratio of column have significant effects on the load
(
P)
versus displacement
(Â)
curves.
Key
wor
d.s:
concrete-filled steel tube
(CFST)
; composite frame; finite element method
(FEM)
j overall stage fire;
mechanical behavior; parametric analysis
近年来由于建筑火灾的频发和钢管混凝土结构广
泛应用于各种多高层民用建筑和工业建筑中
[1)
深入
研究其耐火性能和抗火设计方法具有重要的理论与应
用价值。目前,对于钢管混凝土构件的抗火试验及理
论研究较多,而节点和框架的研究相对较少。如
Schaumamn
等
[2)
进行了高强钢管内填充高强混凝土柱
基金项目:国家自然科学基金
(51268038)
;甘肃省高等学校科研项目
(2013A
-032)
收稿日期
2012
-11 -30
修改稿收到日期
:2013
-
04
-
26
第一作者王景玄男,博士生,
1986
年生
通信作者王文达男,博士,教授,
1976
年生
耐火极限研究;任晓虎等
[3)
进行了火灾下钢管混凝土
梁落锤冲击试验研究
;Yang
等
[4)
对钢管棍凝土轴压柱
受火性能进行了理论分析
;Song
等
[5)
分析了钢管氓凝
土短柱在经历常温加载、升温、降温以及火灾后不同阶
段的力学性能
;Huo
等
[6)
进行了
8
个有初始荷载作用
的钢管混凝土柱经历火灾全过程的滞回试验研究。
Tao
等
[7)
进行了
64
根受火的钢管混凝土柱和
12
根未
受火的钢管泪凝土柱钢管和核心混凝土粘结滑移性能
试验研究;霍静思等问]进行了标准火灾下钢管混凝土
短柱落锤冲击试验研究。
Wang
等
[9)
进行了矩形钢管
?昆凝土柱-外伸端板连接钢梁节点的耐火性能研究;
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