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铝合金板式节点网壳非破坏性火灾响应试验研究

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建筑结构学报 2021年第6期42卷 72-84页

作者：郭小农陈晨朱劭骏蒋首超同济大学土木工程学院上海200092

为研究铝合金板式节点网壳结构在实际火灾下的响应,针对一网壳缩尺模型进行了结构受火试验。采用柴油油池火作为火源,考虑不同的火源功率、火源位置和通风条件,设计了8个受火场景。在结构受火试验前,进行了两次柴油燃烧特性试验,并将试... 详细信息

为研究铝合金板式节点网壳结构在实际火灾下的响应,针对一网壳缩尺模型进行了结构受火试验。采用柴油油池火作为火源,考虑不同的火源功率、火源位置和通风条件,设计了8个受火场景。在结构受火试验前,进行了两次柴油燃烧特性试验,并将试验结果与经典羽流模型的预测值进行了对比分析。结构受火试验结果表明:空间温度场在大空间火灾下分布不均匀,且火源位置和火源功率对结构温度场分布具有较大影响;在各受火场景中,大功率火源位于结构角部且通风条件不佳时为最不利火灾场景;在该火灾场景下,所测得的最高空气温度为128℃,而杆件和节点板的最高实测温度分别为92℃和84℃;在所有结构模型受火试验过程中,均发现网壳发生起拱变形,但试验结束后变形可恢复,且未观测到其他破坏现象。对试验过程进行数值模拟,结果表明火灾下结构的热膨胀变形可能提升其稳定承载力,因此在设计时建议分别基于有热膨胀变形和无热膨胀变形的结构进行稳定承载力分析,并取两者结果中的较小值作为结构火灾下承载力的设计值。

关键词：铝合金网壳板式节点受火试验火灾响应

空间预应力钢桁架火灾响应及火灾后受力性能试验研究

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土木工程学报 2013年第8期46卷 28-37页

作者：王新堂孙宏亮 Yingang Du 王万祯宁波大学浙江宁波315211 安格利亚鲁斯金大学

对一组空间预应力钢桁架结构开展了火灾行为试验研究。模型的主杆件选用奥氏体304无缝不锈钢管,张拉钢索采用7×12+IWR镀锌高强钢绞线,通过置于模型下端中心处的伸缩小立柱施加预应力。试验采用烬类燃烧火灾模型,利用荷重块模拟施加均... 详细信息

对一组空间预应力钢桁架结构开展了火灾行为试验研究。模型的主杆件选用奥氏体304无缝不锈钢管,张拉钢索采用7×12+IWR镀锌高强钢绞线,通过置于模型下端中心处的伸缩小立柱施加预应力。试验采用烬类燃烧火灾模型,利用荷重块模拟施加均布荷载。结构模型两端简支,另两边自由。试验测定了火灾下桁架弦杆和腹杆的温度响应及上弦节点位移。对火灾后尚未破坏的结构模型进一步开展了原位卸载及加载试验,得到测点位移及典型单元应变。结果表明,受火时预应力钢桁架模型的位移响应处于动态变化状态,且当结构模型的最大挠度超过1/100L时,也未见发生整体坍塌。受火时预应力钢桁架的主要变形特征为部分受压杆弯曲及整体结构扭曲,且受火后的结构模型产生一定的残余变形及刚度退化,这些特性与桁架自身刚度及外荷载大小等因素有关。

关键词：空间预应力钢桁架不锈钢火灾响应模型试验

约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能试验研究

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建筑结构学报 2012年第2期33卷 18-25页

作者：王新堂周明王万祯宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

通过对端部约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能的对比试验研究,分析了不同约束条件对H型钢柱火灾行为及受火后力学性能的影响。试验测定了钢柱的温度响应及位移响应,在此基础上进一步开展了火灾后的力学性能试验。结果表明:钢柱在升... 详细信息

通过对端部约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能的对比试验研究,分析了不同约束条件对H型钢柱火灾行为及受火后力学性能的影响。试验测定了钢柱的温度响应及位移响应,在此基础上进一步开展了火灾后的力学性能试验。结果表明:钢柱在升温和降温过程中存在一定的滞后性,火灾升温时柱顶位移按自由膨胀、对称约束及不对称约束依次减小;约束性质对火灾后H型钢柱的力学性能有明显的影响,对称约束的H型钢柱在火灾后的应变明显不同于非对称约束的情况,而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束;无约束H型钢柱受火后的整体屈曲主要沿弱轴方向弯曲,而约束H型钢柱受火后的整体受压屈曲则沿两个方向均有明显的侧向弯曲,且沿弱轴方向的受压曲线基本呈三角形,绕强轴方向则为S形。

关键词：约束钢柱受火试验火灾响应火灾后承载力

压型钢板-陶粒混凝土组合楼板火灾响应及火灾后受力性能试验研究

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建筑结构学报 2012年第2期33卷 10-17页

作者：王新堂周明王万祯宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为了分析压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的火灾响应,首先对受荷条件下的2块简支陶粒混凝土组合楼板进行了火灾行为试验,得到了其火灾温度响应及位移响应。在此基础上,进一步对2块受火后的压型钢板-陶粒混凝土组合楼板进行了火灾后受力性... 详细信息

为了分析压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的火灾响应,首先对受荷条件下的2块简支陶粒混凝土组合楼板进行了火灾行为试验,得到了其火灾温度响应及位移响应。在此基础上,进一步对2块受火后的压型钢板-陶粒混凝土组合楼板进行了火灾后受力性能试验研究,并对1块具有相同参数的组合楼板开展了常温下静载试验。结果表明:在楼板内部设置焊接栓钉将减弱组合楼板的抗火性能、降低组合楼板火灾后的承载力;与未受火作用的同样规格的组合楼板相比,火灾后压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的破坏形式发生较大变化,但仍具有较高的承载力和良好的受力性能;压型钢板-陶粒混凝土组合楼板受火后为弯曲破坏,而未受火楼板则为剪切滑移破坏。

关键词：压型钢板组合楼板陶粒混凝土受火试验火灾响应火灾后受力性能

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轻骨料混凝土-薄壁钢桁架组合楼板火灾响应

自然灾害学报 2016年第4期25卷 131-141页

作者：王新堂童海伦王硕煜宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 宁波第二技师学院浙江宁波315010 西南交通大学土木工程学院四川成都611756

由薄壁钢桁架和轻骨料混凝土构成的新型组合楼板,具有轻质、高强和施工便捷等优点,可广泛用于住宅钢结构楼盖及各种施工平台等。对承载条件下的5块简支组合楼板试件开展了烃类火灾作用下的试验研究,得到了它们的火灾热响应及位移响应。... 详细信息

由薄壁钢桁架和轻骨料混凝土构成的新型组合楼板,具有轻质、高强和施工便捷等优点,可广泛用于住宅钢结构楼盖及各种施工平台等。对承载条件下的5块简支组合楼板试件开展了烃类火灾作用下的试验研究,得到了它们的火灾热响应及位移响应。试验结果表明,承载2 k N/m2的组合楼板试件,在最高炉温为650℃的烃类火灾作用下,当响应位移达到L/26、且试件已出现多处裂缝时,组合楼板试件仍保持良好的整体性。对试验结果的分析表明,对于所采用的新型抗剪键,I型预制板及抗剪键分布的抗火性能明显优于II型预制板及其相应的抗剪键分布。钢桁架梁斜腹杆的壁厚对于组合楼板的火灾后残余位移有明显影响(当腹杆壁厚增加60%时,残余位移降低56%)。因此从减小组合楼板火灾后残余变形的角度出发,宜适当加大钢桁架腹杆壁厚。

关键词：陶粒混凝土薄壁钢桁架组合楼板火灾响应试验

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梁端约束H形钢梁-柱节点的火灾响应研究

空间结构 2019年第3期25卷 72-79页

作者：金秀莲周明王新堂秦乾虎宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 宁波工程学院建筑与交通工程学院浙江宁波315210 宁波大学科学技术学院浙江宁波315211 浙江省二建钢结构有限公司浙江宁波315207

通过对一组考虑不同防护措施和轴压比的梁端约束H形钢梁-柱节点的火灾行为试验研究,分析了防护措施及轴压比对梁端转动约束的梁-柱节点的火灾响应特征的影响.试验分别考虑了无防护及节点区采用3mm厚松木板包裹、其他部位由硅酸铝棉包裹... 详细信息

通过对一组考虑不同防护措施和轴压比的梁端约束H形钢梁-柱节点的火灾行为试验研究,分析了防护措施及轴压比对梁端转动约束的梁-柱节点的火灾响应特征的影响.试验分别考虑了无防护及节点区采用3mm厚松木板包裹、其他部位由硅酸铝棉包裹的两种防护类型,轴压比分别取0.3和0.1.结果表明:用松木板包裹的钢结构节点在受火后的10min内,包裹木材可以阻止试件的升温,且当木材燃烧后,只要包裹木材保持其整体性,包裹木材仍能阻止火焰对试件的直接作用并使试件表面温度保持在较低的状态;在同样的受火条件和承载条件下,有防护措施试件的火灾响应位移小于无防护试件;轴压比较小试件的火灾位移及冷却后的残余位移均小于轴压比较大试件.

关键词： H形钢梁-柱节点转动约束防火保护火灾响应

柱面弦支网壳预应力钢结构的火灾响应数值分析

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空间结构 2012年第1期18卷 51-57页

作者：周明王新堂俞锋波西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 宁波市房屋建筑设计研究院有限公司浙江宁波315040

柱面弦支网壳是一种新型的预应力空间结构形式,为了保证其应用中的抗火安全,开展其火灾下的结构响应分析意义重大.本文以三环弦支正交正放柱面钢结构网壳为研究对象,首先利用有限元分析软件Marc开展了该空间结构的温度响应分析.在此基础... 详细信息

柱面弦支网壳是一种新型的预应力空间结构形式,为了保证其应用中的抗火安全,开展其火灾下的结构响应分析意义重大.本文以三环弦支正交正放柱面钢结构网壳为研究对象,首先利用有限元分析软件Marc开展了该空间结构的温度响应分析.在此基础上,进一步对火灾下结构的位移及内力进行了数值模拟.讨论了不同火源位置、结构的矢跨比等因素对该结构火灾响应的影响,并分析了结构的整体破坏形态及极限温度.结果表明,随着火灾温度的升高,该结构的变形逐渐呈现为"上凸形",位于结构下部的预应力拉索较早退出工作,但因结构已有较大的起拱度,整体结构并未发生坍塌.同时,矢跨比对该结构的整体抗火性能有一定影响,其中矢跨比为1/10时的结构抗火性能较好.

关键词：弦支柱面网壳预应力钢结构大跨度火灾响应数值模拟

冷弯薄壁钢-陶粒混凝土组合楼板火灾响应试验研究

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空间结构 2021年第1期27卷 52-59,36页

作者：孟郅恒王新堂刘链波宁波大学土木与环境工程学院浙江宁波315211 宁波大学科学技术学院浙江宁波315000

楼板为建筑物的重要构件,对楼板在各种火灾条件下的火灾响应研究对于楼板的抗火与防火设计意义重大.对4块板厚60mm、遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾作用的冷弯薄壁钢-陶粒混凝土组合楼板试件开展了火灾响应试验研究,得到了组合楼... 详细信息

楼板为建筑物的重要构件,对楼板在各种火灾条件下的火灾响应研究对于楼板的抗火与防火设计意义重大.对4块板厚60mm、遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾作用的冷弯薄壁钢-陶粒混凝土组合楼板试件开展了火灾响应试验研究,得到了组合楼板的响应温度场、火灾下的位移响应及楼板的破坏特征.试验结果表明,不同构造特征的组合楼板,其火灾下的位移响应有明显的差异,其中4个组合楼板试件的最大竖向位移分别为54.2mm, 61.9mm, 48.7mm和59.9mm.预制板之间设置的钢条连接件是否固定对组合楼板的火灾下位移有一定影响,其中固定后的位移较不固定小14.2%.

关键词：装配式楼板冷弯薄壁钢陶粒混凝土火灾响应抗火试验

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约束Q960钢梁火灾响应试验研究

约束Q960钢梁火灾响应试验研究

作者：张艳红重庆大学

学位级别：硕士

随着钢材冶炼技术和焊接工艺水平的提高,目前国内外已经研制出多种强度的高强钢材,其中包括名义屈服强度不低于960MPa的高强Q960钢。与普通钢相比,高强钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、节省空间等优点,同时能减轻运输安装成本,... 详细信息

随着钢材冶炼技术和焊接工艺水平的提高,目前国内外已经研制出多种强度的高强钢材,其中包括名义屈服强度不低于960MPa的高强Q960钢。与普通钢相比,高强钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、节省空间等优点,同时能减轻运输安装成本,减少焊接工作量,因此高强钢的应用日益增加,尤其在高层建筑和大跨度建筑等结构中。但与普通钢类似,其耐热但不耐火的特性成为制约钢结构在工程领域发展的一个重要因素。因此各国均出台了相应的防火设计规范,但这些规范均是基于普通钢结构的分析得到的,对于高强钢结构的适用性还有待商榷。为了补充和完善高强钢相关的抗火设计方法,对约束Q960钢梁的抗火性能开展了试验研究、有限元分析、参数分析和理论分析,主要内容如下:(1)对两种截面形式的钢梁进行了受弯性能试验,得到其常温下极限承载能力。考虑不同的荷载比和截面尺寸,对3根约束Q960钢梁进行了瞬态试验,还对1根约束Q960钢梁进行了稳态试验,测量并记录了升温曲线、跨中竖向和侧向位移、钢梁轴向力、梁端轴向位移和转角。结果表明,荷载比越小,临界温度越高;截面高宽比越大,轴力峰值越低。(2)基于Q960高温下热工性能、高温力学性能和高温蠕变性能,建立了考虑初始缺陷和蠕变的约束Q960钢梁热力耦合模型,获得了钢梁的升温曲线、跨中挠度—温度曲线和附加轴力—温度曲线。与试验结果的对比表明,试验与有限元分析所得的结果误差在5%以内,验证了有限元模型的准确性。(3)采用验证后的有限元模型对截面高宽比、高跨比、荷载比、转动约束刚度、轴向约束刚度和温度分布模式等因素进行了参数分析。参数分析结果表明,对约束Q960钢梁附加轴力影响较大的因素包括轴向约束刚度,跨高比和截面宽高比,而对钢梁临界温度影响较大的因素包括转动约束刚度、荷载比、跨高比和宽高比,轴向约束刚度对临界温度的影响最小。(4)对约束Q960钢梁火灾响应进行了推导,求解出约束Q960钢梁火灾下强度破坏临界温度和整体稳定临界温度。与参数分析的对比结果表明,采用整体稳定临界温度来对约束Q960钢梁进行抗火设计,既能保证具有足够的安全性,也具备一定的经济性。对理论分析得到的整体稳定临界温度进行非线性拟合分析,提出了临界温度的简化计算公式,简化计算结果与理论和参数分析结果的误差在10%以内,结果吻合较好,可以应用于实际工程中。

关键词：钢梁 Q960钢约束效应火灾响应试验研究