广东建材2008年第5期
作用。
⑸粉煤灰激发剂对强度等级较高,粉煤灰质量较好
的混凝土效果较明显,可以在大掺量粉煤灰的情况下,
达到理想的强度,从而降低混凝土的成本。●
【参考文献】
[1]冯乃谦.高性能混凝土.中国建筑工业出版社,1996.8.
[2]宋普绥等.粉煤灰活性激发剂的研制[J].内蒙古工业大学
学报,1998.4.
[3]蒋林华等.激发剂对粉煤灰水泥胶凝材料水化性能的影响
[J].河海大学学报,2000.3.
[4]张俊琴.粉煤灰化学活性激发及应用 [J].甘肃冶金,
2004.9
由于钢结构具有自重轻、强度高、跨度大、布置灵
活、建筑面积利用率高和
施工
文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载
周期短等优点,钢结构往
往用于大型的体育馆、展览馆、飞机库、剧场、博物馆和
高层建筑结构。但是钢材的致命弱点是其物理和机械性
能对温度很敏感,耐火性能较差。随着温度的升高,钢材
的强度和刚度下降,当温度超过300℃时,钢材的屈服
强度和弹性模量开始明显降低,当温度达到400℃时,
其屈服强度将下降到常温下的一半左右,弹性模量将下
降到常温下的60%左右,当温度超过500℃时,钢材会发
生明显的塑性变形,超过500℃时钢材的承载力将急剧
降低。在火灾中无保护层的钢结构升温很快,即使室温
下相对安全的结构在高温时也可能迅速破坏,所以有必
要对钢结构进行抗火
分析
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
。
钢结构抗火分析的过程非常复杂,需要考虑的因素
和变量很多,如火的燃烧曲线、高温时材料力学性能、材
料的徐变、蠕变、几何非线性、材料非线性和杆件温度的
不均匀分布等。由于对高温下钢结构特性的了解不多,
过去一般采用隔热材料使钢结构达到抗火要求。随着人
们知识水平提高和计算机的发展,钢结构的抗火分析已
经发生重大的改变,从单个钢构件的试验
方法
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发展到考
虑火灾及结构特性的计算分析方法。最常用的方法有:
基于试验的设计方法和基于计算的设计方法。
1基于试验的设计方法
因知识水平的限制,20世纪70年代以前,钢结构
抗火分析主要以试验为依据,只要对比由试验得到的耐
火时间满足规定的耐火极限即可。但是基于试验的钢结
构抗火分析存在很多问题[1-2],譬如:耐火时间、耐火等
级不易确定;构件在结构中的受力难模拟;构件受火后
产生的温度应力在试验中难以准确反映。另外,试验方
法本身存在一些缺陷[3],火灾试验所用的燃烧炉与实际
火灾差异较大[4]。此外,火灾试验中人为操作的因素较
多,不能真实反映构件的受火特性。到目前为止,只有较
少的高温钢结构试验[5-7],但一定数量的火灾试验是必
要的[8]。钢结构抗火试验经历了单个构件部分框架和整
体结构三个层次,不同层次试验结果
表
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明整体结构的试
验能真实反应结构的抗火特性。
1.1基于试验的构件设计方法
传统上,抗火设计以单个构件抗火设计为依据,且
承载力构件的抗火时间源于标准火灾试验[9]。对单个构
件进行抗火试验容易实现,其对试验装置、加载条件要
求不高,可方便在实验室内进行。简支工字形梁、简支角
钢梁、简支细长楼板梁、钢-混凝土组合梁在标准火灾
升温曲线下的抗火试验结果[8]表明:不同形式、不同荷
载条件梁的抗火性能不同;火灾中高度越高的简支梁其
抗火时间越短;钢-混凝土组合梁较纯钢梁抗火性能
好;固接梁较铰接简支梁抗火性能好。对构件进行抗火
国内外钢结构抗火的研究状况
江雪玲 (广州珠江外资建筑设计院)
摘 要:钢结构具有自重轻、强度高、跨度大、布置灵活、建筑面积利用率高和施工周期短等优点,往
往用于大型的体育馆、展览馆、飞机库、剧场、博物馆及高层建筑结构。但钢材的致命弱点是其物理和
机械性能对高温很敏感,耐火性能差。因此,进行钢结构设计时必须进行抗火设计。本文主要综述钢结
构抗火的试验研究状况和理论研究成果,
总结
初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf
了钢结构抗火的主要设计方法:基于试验的设计方法和
基于计算的设计方法。
关键词:钢结构;钢结构抗火;有限元法
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研究与探讨
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试验可观察到其变形特征和破坏过程,但基于试验的构
件设计方法存不足:试验时以标准升温曲线模拟试验炉
内火的温度,而实际火灾升温和标准升温曲线的区别很
大,这就使得由试验得到构件抗火时间不能代替构件在
实际火灾中的抗火时间。
1.2基于试验的结构设计方法
单个构件的特性和框架中构件的特性不同,框架中
梁端的弯矩可降低其跨中的弯矩,固框架中的梁较简支
梁的抗火性能好。以单个构件的抗火特性评估整体结构
的抗火特性不合理,有必要对部分结构或整体结构进行
抗火试验分析。
对三种不同连接方式、不同大小的平面框架进行火
灾试验[3],结果表明它们临界温度差别较大。实际火灾
中结构的特性和标准火灾试验中结构的特性差别较大,
但构件的温度相差不多,因自然火灾在后期阶段钢构件
的升温不多,而标准火灾试验中钢构件始终处于升温状
态。对不同荷载水平和加热条件的三个平面框架进行火
灾试验[8],试验结果与单个构件的试验结果不同:单个
构件在局部高温下会突然破坏,且单个构件不考虑平面
外失稳;框架结构在火灾中有可能因其平面外的失稳先
于结构破坏而破坏。
构件的抗火分析要求每个构件都达到必要的抗火
时间。实际上建筑结构在火灾下保持稳定没有必要每个
构件都保持稳定,如没这些构件,其他未破坏的构件会
提供新的传力路径而使整个结构仍然保持稳定,这说明
整体结构的抗火性能较构件、框架的抗火性能好。由于
实际荷载、约束条件和火灾特性的不同,标准火灾试验
不能准确描述钢框架构件在实际火灾的特性。
不同火密度下整体钢结构的试验结果和平面钢框
架试验结果相差较大[10],从整体结构中选取部分框架来
进行火灾试验,其结果不能代表整体结构的特性。文献
[11]提到火灾试验的结果不能反映结构在实际火灾中抗
火特性,且花费和技术的限制也使得对整个结构进行火
灾试验来研究在实际火灾中结构的特性有难度,所以对
整体结构进行抗火的试验较少。但文献[12]中整体结构和
部分结构之间特性比较表明,同一结构中整体结构和部
分结构的抗火特性相差小,可用部分结构代替整体结构
进行抗火分析。
2基于计算的设计方法
由于钢结构抗火试验的上述缺陷,人们试图通过计
算进行钢结构的抗火设计。近二十年钢结构抗火计算取
得了一定的成果,并经历了下面几个阶段:
2.1基于计算的构件设计方法
高温下钢构件计算分析的方法很多,常用数值计算
方法和弹塑性计算方法。文献[3]总结了在火灾下构件抗
火设计的计算方法:梁的最终极限状态分析法;利用柱
的曲屈曲线法;梁-柱构件的变形法和数值方法等。文
献[13]采用朗金公式分析高温时单根钢柱的抗火特性;文
献[14、15]采用弹塑性有限条法计算受压柱在高温下的临
界荷载值及分析高温柱的抗火特性。文献[16]基于朗金原
理分别考虑柱在某一温度下的强度和稳定,并采用简化
的刚塑性极限荷载考虑梁-柱效应,但文献[16]没有考虑
热梯度、初始曲屈、残余应力、侧向扭转曲屈和局部曲屈
的影响。朗金方法考虑了温度效应对钢材的影响,结果
表明朗金公式收敛。朗金法对轴向受压构件不安全,但
对偏心受压柱特性过于保守。为能正确反应结构的抗火
特性,采用修正的朗金法分析轴心及偏心受压柱的抗火
特性[17、18]。
2.2基于计算的结构设计方法
结构作为一个整体工作和单个构件有很大的差别。
火灾情况下,结构中单个构件的破坏并不意味着整体结
构破坏,特别是钢结构,其构件的数量一般较多,当局部
少数构件破坏后,其他未破坏的构件可以提供新的传力
路径而使结构继续工作。因此,通过整体结构的抗火分
析可以掌握传力路径的改变。基于计算的结构设计方法
有以下三种方法:
2.2.1有限元计算方法
钢结构抗火计算最通用、最有效的方法是有限元
法,它可研究复杂结构的抗火特性,可考虑火灾中各种
因素如材料非线性、几何非线性、不均匀温度分布和热
应变的影响,并得到结构火灾下的变形特性及非线性响
应过程。
文献 [11]由广义Clough模型建立单元弹性刚度方
程,考虑材料和几何非线性、温度沿框架构件截面不均
匀分布和由温度变化所引起的内力,由计算机程序计算
火灾中钢框架的非线性响应和极限荷载。文献[12]采用有
限元方法给出可精确预测火灾中框架结构特性的计算
机程序。文献[19、20]采用基于有限元技术的数值方法分析
平面钢框架的抗火特性。文献[21、22]采用高温下单元的切
线刚度矩阵,将材料、几何非线性和热应变效应转化为
作用在结构上的热荷载,通过Newton-Raphson法分析
火灾中结构抗火特性。文献[8、23]采用单元总位移及和单
元结点力相关的割线刚度矩阵、梁-柱单元模型的割线
刚度矩阵,同时考虑几何和材料非线性、大变形的二阶
效应、高温下材料的软化、塑性区域在构件的纵横向逐
研究与探讨
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步渗透和温度的不均匀分布等因素分析火灾中框架的
特性。文献[24]采用考虑钢框架半刚性连接、材料和几何
非线性、相邻连接构件高温特性和轴力影响的割线法分
析火灾中框架特性,并给出截面温度均匀和不均匀分
布、有或无轴力时的割线刚度系数。文献[25]采用梁-柱
单元计算结构的响应,同时考虑火荷载、通风条件和热
膨胀对框架抗火特性影响,文献[25]中的有限元程序能真
实考虑边界条件和温度沿截面不均匀分布影响,得到较
真实的结构抗火特性。
2.2.2弹-塑性计算方法
弹塑性法是一种简化的计算方法,其在计算前作了
很多假定,忽略了荷载的重分布和结构构件连续性的影
响,这就使得计算结果偏于保守。弹塑性计算方法和上
界定理都不考虑几何非线性、局部及整体屈曲影响。
文献[26]用塑性力学中的三个经典塑性理论:即上界
定理、下界定理和唯一性分析火灾中钢框架的特性,且
三个经典理论都采用双线性模型及梁-柱单元模型。文
献[27]采用弹塑性方法分析半刚性框架在高温时的特性,
采用修正的拉格朗日法并在平衡和连续条件中考虑几
何非线性的影响而得到框架抗火特性。文献[28]用塑性分
析方法计算结构在火灾中破坏时的临界温度。
为弥补简单方法及有限元法的空白,文献[29]基于弹
性和塑性方法分析结构的抗火特性。弹性方法包括热荷
载和静力荷载的相互作用;塑性方法是基于塑性铰的概
念计算框架破坏时的极限温度。文献[30]采用框架受到爆
炸荷载的弹性瞬态分析数值方法,采用梁-柱单元和纤
维单元模拟受到局部爆炸和火灾作用的整体框架的抗
火特性。文献[31]提到高温时单个构件强度的降低使得框
架的强度有所降低,而框架强度的降低可通过结构弹性
曲屈强度的降低反应。
2.2.3朗金(Rankine)计算方法
文献[32]基于朗金原理确定钢框架极限温度,通过在
强度和稳定之间的迭代得到了框架的抗火计算方法—
朗金计算法。文献[33]用朗金公式分析框架的抗火特性,
得到了框架在火灾下材料特性降低的曲屈系数。文献[33]
计算结果比较表明,由朗金公式计算得到的框架极限温
度和试验结果较接近,这说明可用朗金公式计算高温下
框架的极限温度。
3组合钢框架结构抗火分析
现有的研究表明,钢筋混凝土楼板在火灾条件下会
发生较大的变形,这对提高整体结构的抗火性能是有利
的。文献[34]首先把混凝土楼板的约束作用引入到组合钢
框架的整体抗火分析中。其在模拟混凝土楼板时,没有
采用薄板理论的 Kirchoff假定,而是采用基于
Mildlin/Ressner假定的厚板理论,把混凝土简单地认
为是各向同性材料,忽略温度对材料特性的影响。在文
献[34]基础之上,文献[35、36]采用分层法模拟混凝土楼板的
受火性能,该法中的模型考虑了高温下钢筋和混凝土材
料特性如:热膨胀、混凝土碎裂以及材料本构关系随温
度升高而非线性退化的影响。文献[37]进一步推广此法,
在模拟混凝土时考虑几何非线性、热膨胀特性、拉伸膜
作用、温度沿板厚方向不均匀分布等因素的影响。文献
[38]给出考虑楼板拉伸薄膜作用的简单计算方法,可在结
构抗火分析中考虑组合楼板的作用。
4空间钢框架结构抗火分析
空间结构是一个多阶超静定结构,个别杆件的失效
并不等于整个结构失效。当个别杆件失效后空间结构杆
件之间的内力会通过内力重分布由未破坏的构件承担,
从而使整个空间结构还可以继续承受荷载。为了得到空
间结构的抗火特性,有必要了解空间结构的火灾特性。
但常温下计算空间结构各构件的内力已经相当复杂,要
计算及考虑材料高温下屈服强度和弹性模量变化、材料
非线性、几何非线性、温度变化等因素影响更不容易,所
以有关空间结构抗火的文献不多。但是随着计算机和计
算技术的发展,空间结构抗火分析取得了一定的成果。
文献[39]给出分析火灾下空间结构特性的 3DFIDRE
程序。3DFIDRE程序源于常温下刚性钢框架非线性的二
维程序,其考虑了几何非线性、材料非线性、升温时材料
特性的改变、温度沿构件截面不均匀分布等因素影响,
分析了空间结构抗火特性。文献[40]根据修正的拉格朗日
法和虚功原理建立了结构内力和位移增量方程,采用非
线性有限元方法,同时考虑几何非线性和材料非线性的
影响分析空间网格结构抗火特性。文献[41]把二维结构的
弹性方法延伸到空间结构,计算空间结构钢构件极限温
度,该法考虑火灾荷载、静力荷载和热荷载影响下整个
结构特性;采用考虑双向弯曲及沿两个轴弯曲的破坏准
则,计算空间结构节点和构件的极限温度。文献[42]采用
半刚性节点的梁单元分析空间结构弹塑性大变形。单元
的非线性弹性切线刚度矩阵由修正拉格朗日公式的势
能稳定原理得到,而塑性变形增量由截面强度模量数值
积分得到。
文献[43]采用梁-柱理论描述火灾中空间钢框架的
塑性特性。梁-柱塑性模型基于边界曲面概念,并可得
到结构整体非线性特性。文献[44]采用三维非线性有限元
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法模拟组合钢框架在火灾中的特性,组合钢框架被模拟
成梁-柱单元、弹簧单元和非厚板单元的组合。梁-柱
单元由二节点线性单元模拟,单元的截面划分成大量的
细小单元来考虑截面的温度、应力和应变;采用零长度
的二节点弹簧单元模拟钢构件的连接特性;采用基于
Mindlin/Reissner理论的分层平壳单元模拟厚板,厚
板每层可以有不同的温度和材料特性。
5存在问题和研究方向
由以上综述可发现,钢结构抗火研究还存在很多问
题,这些将是今后进一步研究的方向:⑴大多数试验或
计算都是采用标准升温曲线(ISO升温曲线)来模拟,这
和实际火灾区别很大,标准升温曲线只存在上升阶段,
而实际火灾中温度既有上升阶段也有下降阶段,固标准
升温曲线不能描述实际火灾。虽然有很多研究者在这方
面进行了研究,但到目前为止还没有提出一种更合理模
拟实际火灾的燃烧曲线;⑵结构作为一个整体工作,只
取一个构件或平面框架来分析不能反应结构的空间特
性。所以有必要对结构进行三维抗火计算,但是由于对
结构空间特性的了解不多,到目前为止,还没有提出更
有效的计算方法。●
【参考文献】
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Proc.oftheInt.Symposium.Washinton,1985
[6]~[44]略
磨细砂混凝土是指掺加一定量磨细石英砂或磨细
建筑砂的水泥混凝土。
1原材料
⑴水泥:佛山市高明高力建材有限公司生产的高力
牌PO42.5R普通水泥;花都水泥有限公司生产的粤花牌
PII42.5R硅酸盐水泥。二种水泥的技术指标见表1:
⑵骨料:砂是肇庆中砂,细度模数为2.7。石子是中
山石子,粒径5~25。
⑶磨细砂:番禺太平硅粉厂生产。技术指标见表2:
⑷外加剂:广东柯杰外加剂科技有限公司生产的
KJ—5RL高效缓凝减水剂。
⑸粉煤灰:广州珠江电厂II级粉煤灰。
⑹水:自来水。
2试验方法
2.1水泥物理性能试验
磨细砂混凝土性能研究
孟繁贵 (安徽省固镇公路局)
强 卫 (广州市番禺区建安集团公司)
摘 要:研究了掺入不同比例的磨细砂后,水泥净浆及水泥胶砂的性能;分别测试了按等量取代法
和超量取代法掺加不同比例磨细砂的混凝土标养强度及蒸压强度;与掺加了相同比例粉煤灰的水泥
胶砂性能和混凝土性能进行了对比试验。结果表明:磨细砂对水泥物理性能无不良影响;磨细砂混凝
土与粉煤灰混凝土性能相差不大;配制磨细砂混凝土宜采用超量取代法;蒸压养护能够提高磨细砂混
凝土强度。
表1水泥技术指标
细度
(80μm)
凝结时间 沸煮安
定性
抗折强度
(Mpa)
抗压强度
(Mpa)
初凝终凝 3d 28d 3d 28d
高力
PO42.5R 1.0 2:353:15合格 5.4 8 28.5 50.5
粤花
PII42.5R 0.5 2:153:25合格 6.6 9.7 33.4 51.4
表2磨细砂技术指标
检验项目 细度(80μm)
烧失量
(%)
SiO2
(%) 比表面积
实测值 4.4 0.40 93.6 453
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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