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钢筋钢纤维混凝土梁与钢筋混凝土梁抗火性能试验及对比分析

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建筑钢结构进展 2024年

作者：周焕廷陈建平邹有云武汉理工大学土木工程与建筑学院

为了研究钢筋钢纤维混凝土梁高温下的抗火性能，对截面尺寸和配筋均相同的钢筋钢纤维混凝土梁和普通钢筋混凝土梁开展了抗火试验和有限元模拟。试验表明：普通钢筋混凝土梁发生了以剪切破坏为主的弯剪破坏，呈现脆性破坏的特点，而钢筋... 详细信息

为了研究钢筋钢纤维混凝土梁高温下的抗火性能，对截面尺寸和配筋均相同的钢筋钢纤维混凝土梁和普通钢筋混凝土梁开展了抗火试验和有限元模拟。试验表明：普通钢筋混凝土梁发生了以剪切破坏为主的弯剪破坏，呈现脆性破坏的特点，而钢筋钢纤维混凝土梁发生弯曲破坏达到极限状态，属于延性破坏；钢筋钢纤维混凝土梁的临界温度为594℃，相比于普通钢筋混凝土梁（545℃）提高了9.0%；临界状态下，钢筋钢纤维混凝土梁的跨中挠度更大、弯曲裂缝发展更加充分、裂缝宽度更大，但裂缝间距更小、主裂缝之间的衍生裂缝更多。数值研究表明：加入一定的钢纤维能增强混凝土的整体性，使混凝土受力更加均匀，随着钢纤维含量的增加，钢筋钢纤维混凝土梁的抗弯刚度也随之增加；不同体积纤维的钢筋钢纤维混凝土梁的力学性能分析表明，钢纤维体积掺量为1.0%时，钢筋钢纤维混凝土梁的挠度发展的更加充分；增加配筋率可以增加钢筋钢纤维混凝土梁的初始刚度，但配筋率超过一定值后，对提高其抗弯刚度贡献不明显，而会降低钢筋的利用效率。

关键词：钢纤维钢纤维混凝土梁抗弯性能抗火试验

CFRP布加固负弯矩区的钢-混凝土组合梁抗火性能研究

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武汉理工大学学报 2024年第3期46卷 40-47页

作者：周焕廷米康佳陈志华武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

为研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固负弯矩区混凝土对组合梁抗火性能的影响,建立了CFRP布加固组合梁在火灾下的数值模型。通过分析组合梁的跨中挠度、负弯矩区混凝土应力、截面弯矩随温度变化的规律,... 详细信息

为研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固负弯矩区混凝土对组合梁抗火性能的影响,建立了CFRP布加固组合梁在火灾下的数值模型。通过分析组合梁的跨中挠度、负弯矩区混凝土应力、截面弯矩随温度变化的规律,研究了CFRP布黏结宽度、黏结长度对组合梁抗火性能的影响。结果表明:粘贴CFRP布能够延缓混凝土受拉应力的发展;CFRP布的端部及纵向边缘处会产生较高的界面应力,达到极限黏结应力时发生脱粘破坏;增加CFRP布黏结宽度,可提高组合梁高温下的承载能力,防止CFRP布发生脱粘破坏,建议黏结最佳宽度为200 mm;黏结长度小于1600 mm,耐火性能随黏结长度的增大而增大,大于1600 mm时,对耐火性能贡献不大。

关键词：钢-混凝土组合梁 CFRP布加固负弯矩区抗火

初始残余应力对预应力钢-混凝土连续组合梁抗火性能影响

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建筑结构学报 2022年第5期43卷 130-139,148页

作者：周焕廷郑志远陈志华武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 中建三局绿色产业投资有限公司湖北武汉430100

为研究钢梁残余应力对预应力连续组合梁抗火性能的影响,建立了预应力连续组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、预应力拉索张力、截面弯矩以及梁的曲率等关键参数随温度的变化,得到不同... 详细信息

为研究钢梁残余应力对预应力连续组合梁抗火性能的影响,建立了预应力连续组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、预应力拉索张力、截面弯矩以及梁的曲率等关键参数随温度的变化,得到不同残余应力模式对组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明:残余应力的分布并不总是对预应力钢-混凝土组合梁的高温性能产生不利影响,腹板具有初始残余拉应力分布模式的预应力钢-混凝土组合梁高温下的挠度相对最小;残余应力主要通过影响截面正应力分布来影响钢梁的截面刚度;在临界状态时,残余应力对组合梁截面刚度的影响不明显;不同残余应力模式对高温下预应力钢-混凝土组合梁的截面抗弯刚度影响不同;当预应力钢-混凝土组合梁的初始残余应力模式以腹板全截面拉应力为主时,预应力钢-混凝土组合梁跨中截面抗弯刚度最大;当残余应力对组合梁跨中截面抗弯刚度有利时,梁跨中截面处中和轴位置比无残余应力影响时较高。

关键词：钢-混凝土组合梁预应力有限元分析残余应力抗火性能

预应力波纹腹板开孔钢-混凝土组合梁抗火性能参数分析

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建筑钢结构进展 2022年第6期24卷 73-84页

作者：周焕廷陈祥伍先兴武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070 深圳市奥园实业发展有限公司广东深圳518000

预应力波纹腹板开孔组合梁力学性能不同于普通平腹板开孔组合梁。为研究腹板开孔对预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,采用有限元软件ABAQUS对该类组合梁在高温作用下的力学性能进行非线性有限元分析,重点考察了预应力波纹腹板... 详细信息

预应力波纹腹板开孔组合梁力学性能不同于普通平腹板开孔组合梁。为研究腹板开孔对预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,采用有限元软件ABAQUS对该类组合梁在高温作用下的力学性能进行非线性有限元分析,重点考察了预应力波纹腹板开孔组合梁的内力、跨中挠度以及破坏模式,并对其耐火性能进行了参数研究。结果表明:孔洞所在截面波纹腹板剪应力呈非均匀分布,临界状态时,该截面腹板基本丧失抗剪能力。预应力波纹腹板组合梁纯弯区开孔时,其破坏模式与无孔组合梁一致,均为弯曲破坏,孔洞基本不影响其跨中挠度与耐火性能;在剪弯区开孔时,组合梁因孔洞截面波纹腹板在45°方向发生剪切屈曲形成塑性铰而破坏,延性较差。在荷载比相同、孔洞均位于剪弯区的情况下,与无孔组合梁相比,开圆孔和开方孔的组合梁跨中最大挠度分别降低65%、71%,临界温度分别降低16%、20%;孔洞越靠近支座、距离钢梁上翼缘越近或开孔尺寸越大的组合梁,耐火性能越差。

关键词：腹板开孔预应力波纹腹板组合梁耐火性能参数分析破坏模式

波纹腹板开孔对预应力钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

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中国公路学报 2022年第6期35卷 122-134页

作者：周焕廷伍先兴陈志华李坚武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 深圳市奥园实业发展有限公司广东深圳518000 武汉船舶职业技术学院湖北武汉430050

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应... 详细信息

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应力波纹腹板开孔组合梁,另一片是预应力波纹腹板无孔组合梁;采用ISO834国际标准升温曲线对其进行了恒载升温耐火试验,同时采用有限元软件ABAQUS对其进行了数值研究。研究结果表明:高温下2类预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁均在剪弯区发生剪切屈曲;在截面尺寸和跨度相同条件下,承受相同的绝对荷载时,腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于后者在临界状态下抗弯刚度降低,抗火性能下降;在高温作用下,腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于腹板未开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,预应力拉索的效率更高,下降速率更慢;腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁,在升温后期其滑移曲线发展速率略高于腹板未开孔钢-混凝土组合梁;对于腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,在未出现腹板局部屈曲截面上,腹板分担的剪力可达截面总剪力的78%;开孔截面的总剪力几乎完全由混凝土板承担;临界状态下钢梁腹板正应力略高于常温下的腹板正应力水平。

关键词：桥梁工程抗火性能试验研究组合梁波纹腹板开孔预应力

负弯矩区钢梁局部增强的连续组合梁抗火性能参数分析

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2023年第3期47卷 492-498,504页

作者：周焕廷梁中政武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070

文中利用ABAQUS建立了高温下纵向加劲肋增强受压翼缘的连续组合梁热-力耦合模型,研究纵向加劲肋增强负弯矩区受压翼缘的连续组合梁在火灾作用下的抗火性能.结果表明:在高温作用下,局部增强组合梁负弯矩区未发生钢梁腹板和下翼缘的局部屈... 详细信息

文中利用ABAQUS建立了高温下纵向加劲肋增强受压翼缘的连续组合梁热-力耦合模型,研究纵向加劲肋增强负弯矩区受压翼缘的连续组合梁在火灾作用下的抗火性能.结果表明:在高温作用下,局部增强组合梁负弯矩区未发生钢梁腹板和下翼缘的局部屈曲,抗火能力得到显著增强.局部增强组合梁荷载比越大,临界温度越低;跨高比越小,横截面的温度梯度就越大,腹板及下翼缘更容易屈曲,且沿着纵向的屈曲的范围越大;纵向加劲肋长度约为腹板高度的2倍,厚度约为腹板厚度,组合梁的延性和抗火性能最好.

关键词：钢-混组合梁负弯矩增强纵向加劲肋参数分析抗火性能

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端部约束型腹板开孔预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能

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建筑钢结构进展 2022年第10期24卷 68-78页

作者：周焕廷邹有云伍先兴缪江峰武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070 深圳市奥园实业发展有限公司广东深圳518000 山东新汇建设集团有限公司山东东营营257000

为研究腹板开孔对端部约束预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,采用有限元软件ABAQUS对该类组合梁在高温作用下的力学性能进行了非线性有限元分析,研究了具有端部约束预应力波纹腹板开孔组合梁的内力、跨中挠度演化过程以及破坏模... 详细信息

为研究腹板开孔对端部约束预应力波纹钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,采用有限元软件ABAQUS对该类组合梁在高温作用下的力学性能进行了非线性有限元分析,研究了具有端部约束预应力波纹腹板开孔组合梁的内力、跨中挠度演化过程以及破坏模式,并对其耐火性能进行了参数分析。结果表明:受约束预应力波纹腹板开孔组合梁在高温作用下的破坏模式为开孔截面腹板与端部截面波纹腹板及钢梁下翼缘发生局部屈曲;随着温度的升高,组合梁由压弯发展至拉弯的悬链线阶段;在荷载比相同、孔洞均位于剪弯区的条件下,开孔尺寸越大、开孔位置越靠近支座的组合梁进入悬链线阶段的温度越低,相同温度下组合梁挠度越大,抗火性能越差;位于纯弯区的孔洞基本不影响端部约束预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁的高温力学性能。

关键词：抗火性能波纹腹板开孔预应力组合梁端部约束

手风琴效应对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

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建筑结构学报 2022年第8期43卷 174-184,208页

作者：周焕廷王峥峥张苏鹏秦晗伍先兴陈志华武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 长沙有色冶金设计研究院有限公司湖南长沙410000

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应,使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值... 详细信息

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应,使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值模型,分析了预应力波纹腹板组合梁在高温下的破坏形式、跨中挠度、拉索张力及组合梁轴力等随温度变化的特点。结果表明:高温下波角30°腹板的局部失稳区域大于波角45°和60°组合梁的失稳区域;波高50 mm的组合梁跨中挠度值最小;波高越大,临界状态时腹板局部失稳区域越大;平直段长度50 mm组合梁跨中挠度最小,轴向刚度更大;腹板厚度对波纹腹板组合梁跨中挠度的影响最为显著;轴向约束作用下的组合梁典型破坏形态是梁端负弯矩区腹板和下翼缘发生局部屈曲;不同轴向约束比下,梁的轴向力从压力转变为拉力时温度为691℃;转角约束比对组合梁的影响主要集中在473℃至临界温度阶段;不同转角约束比下,组合梁轴向压力转变为轴向拉力的温度为677℃。

关键词：预应力组合梁波纹腹板手风琴效应有限元分析抗火性能

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带轴向约束预应力轴心受拉钢构件抗火性能

工程力学 2013年第3期30卷 166-173页

作者：周焕廷黄斌缪江峰李国强武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070 山东新汇建设集团有限公司东营257091 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为考察相邻构件的轴向约束作用对预应力轴心受力构件抗火性能的影响,建立了带轴向弹性约束的预应力轴心受拉钢构件的数值分析模型。边界条件是:对四面受火的轴心受拉钢构件下端支座约束3个方向自由度,上端支座约束构件横截面内自由度,... 详细信息

为考察相邻构件的轴向约束作用对预应力轴心受力构件抗火性能的影响,建立了带轴向弹性约束的预应力轴心受拉钢构件的数值分析模型。边界条件是:对四面受火的轴心受拉钢构件下端支座约束3个方向自由度,上端支座约束构件横截面内自由度,而轴向采用弹性约束。考虑了荷载比、轴向约束刚度比2个关键参数,得到了系列轴力-时间关系曲线。数值分析结果表明:荷载比不变时,随着轴向约束刚度降低,构件的耐火时间提高;在约束刚度比不变条件下,荷载比对构件的临界时间影响较小。在轴向约束刚度比为0.02时,预应力轴心受拉杆件临界时间达到最大值;但在轴向约束为0时,预应力轴心受拉杆件耐火时间最短。

关键词：预应力轴心受拉钢构件抗火性能荷载比轴向刚度