高强钢约束柱受火后剩余承载性能实用评估方法

宋林昕; 李国强; Wang Y C

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240705003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

高强钢约束柱受火后剩余承载性能实用评估方法

论文 | 更新时间：2025-12-12

- 高强钢约束柱受火后剩余承载性能实用评估方法
- Practical Assessment Method for Post‑fire Residual Bearing Capacity of Restrained High Strength Steel Columns
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第5期页码：1098-1109
- 作者机构：
  
  1.福州大学土木工程学院，福建福州 350108
  2.同济大学土木工程学院，上海 200092
  3.同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室，上海 200092
  4.School of Engineering， University of Manchester， Manchester M13 9PL， UK
- 作者简介：
  
  宋林昕（1996—），女，副教授，硕导，博士。主要从事钢结构抗火研究。E-mail: linlinslx@fzu.edu.cn
  李国强（1963—），男，教授，博导，博士。主要从事多高层钢结构、钢结构抗震、钢结构抗火研究。E-mail: gqli@tongji.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51878506)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240705003
  中图分类号： TU391
- 收稿：2024-07-05，
  
  修回：2024-09-25，
  
  纸质出版：2025-10-28
- 稿件说明：
移动端阅览
宋林昕,李国强,Wang Y C.高强钢约束柱受火后剩余承载性能实用评估方法[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1098-1109.

SONG Linxin,LI Guoqiang,Y C Wang.Practical Assessment Method for Post‑fire Residual Bearing Capacity of Restrained High Strength Steel Columns[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1098-1109.
宋林昕,李国强,Wang Y C.高强钢约束柱受火后剩余承载性能实用评估方法[J].防灾减灾工程学报,2025,45(05):1098-1109. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240705003.

SONG Linxin,LI Guoqiang,Y C Wang.Practical Assessment Method for Post‑fire Residual Bearing Capacity of Restrained High Strength Steel Columns[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(05):1098-1109. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240705003.

摘要

确定高强钢约束柱受火后剩余承载性能是高强钢结构受火后安全评估的关键。采用经验证的有限元模型对高强钢约束柱受火后剩余承载性能进行了系统的参数分析，考虑了最高过火温度、长细比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载比、荷载偏心率以及高强钢强度等级与交货状态的影响。结果表明：当约束钢柱的最高过火温度小于最大轴向承载力温度时，受火升降温过程对剩余承载力的影响很小，此后剩余承载力随最高过火温度的增大而减小；在一定情况下，中长细比约束钢柱受火后剩余承载力的折减程度更严重，剩余承载力的折减程度随轴向约束刚度比、荷载比、荷载偏心率的增大而减小；转动约束刚度比通过影响钢柱的长细比而影响剩余承载力；QT型Q890高强钢约束柱受火后剩余承载力的折减程度通常最小。结合参数分析结果与现行标准规定，提出了高强钢约束柱受火后剩余承载性能实用评估方法，包括高强钢约束柱受火后剩余承载力简化计算方法以及高强钢约束柱受火后可继续使用的条件与分级。

Abstract

Determining the post-fire residual bearing capacity of restrained high strength steel columns is crucial for the post-fire safety assessment of high strength steel structures. A validated finite element model was used to conduct a systematic parametric analysis of the post-fire residual bearing capacity of restrained high strength steel columns

considering the effects of maximum fire temperature

slenderness ratio

axial restraint stiffness ratio

rotational restraint stiffness ratio

load ratio

load eccentricity

and high strength steel grade and manufacturing process. The results showed that when the maximum fire temperature of the restrained steel column was lower than the temperature corresponding to its maximum axial bearing capacity

the heating and cooling process during the fire had little effect on the residual bearing capacity. Beyond this point

the residual bearing capacity decreased as the maximum fire temperature increased. Under certain circumstances

restrained steel columns with medium slenderness ratios experienced more severe reductions in post-fire residual bearing capacity

and the degree of reduction decreased with an increase in the axial restraint stiffness ratio

load ratio

and load eccentricity. The rotational restraint stiffness ratio affected the residual bearing capacity by influencing the slenderness ratio of the steel column. The reduction degree of post-fire residual bearing capacity of the restrained QT Q890 high strength steel columns was usually the smallest. Based on the results of the parametric analysis and the provisions of current standards

a practical assessment method for the post-fire residual bearing capacity of restrained high strength steel columns was proposed. This method included a simplified calculation approach for determining the post-fire residual bearing capacity

along with conditions and classifications for the continued use of high strength steel columns after fire exposure.

关键词

Keywords

references

Lennon T ， Moore D . The natural fire safety concept： Full-scale tests at Cardington ［J］. Fire Safety Journal ， 2003 ， 38 （ 7 ）： 623 - 643 .

Tan K H ， Toh W S ， Huang Z F ， et al . Structural responses of restrained steel columns at elevated temperatures. Part 1： Experiments ［J］. Engineering Structures ， 2007 ， 29 （ 8 ）： 1641 - 1652 .

王卫永，李国强 . 高强钢结构抗火设计理论研究进展［J］. 工业建筑， 2016 ， 46 （ 7 ）： 61 - 67 .

Wang W Y ， Li G Q . Research progress of fire resistance design theory of high strength steel structures ［J］. Industrial Construction ， 2016 ， 46 （ 7 ）： 61 - 67 . （in Chinese）

罗永峰，任楚超，强旭红，等 . 高强钢结构抗火研究进展［J］. 天津大学学报（自然科学与工程技术版）， 2016 ， 49 （增1 ）： 104 - 121 .

Luo Y F ， Ren C C ， Qiang X H ， et al . State-of-the-art on fire-resistance behavior of high strength steel structures ［J］. Journal of Tianjin University （Science and Technology）， 2016 ， 49 （ Sup1 ）： 104 - 121 . （in Chinese）

Correia Rodrigues J P ， Cabrita Neves I ， Valente J C . Experimental research on the critical temperature of compressed steel elements with restrained thermal elongation ［J］. Fire Safety Journal ， 2000 ， 35 （ 2 ）： 77 - 98 .

Franssen J M . Failure temperature of a system comprising a restrained column submitted to fire ［J］. Fire Safety Journal ， 2000 ， 34 （ 2 ）： 191 - 207 .

Ali F ， O'Connor D . Structural performance of rotationally restrained steel columns in fire ［J］. Fire Safety Journal ， 2001 ， 36 （ 7 ）： 679 - 691 .

Huang Z F ， Tan K H . Rankine approach for fire resistance of axially-and-flexurally restrained steel columns ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2003 ， 59 （ 12 ）： 1553 - 1571 .

李国强，王培军 . 火灾下约束钢柱受力性能实用分析方法（Ⅱ）：轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱［J］. 土木工程学报， 2010 ， 43 （ 4 ）： 23 - 29 .

Li G Q ， Wang P J . Practical analysis method for restrained steel columns in fire （Ⅱ）： Restrained columns under combined axial force and bending moment ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2010 ， 43 （ 4 ）： 23 - 29 . （in Chinese）

葛勇，王卫永 . 约束高强度Q460钢柱抗火性能分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2012 ， 32 （ 1 ）： 99 - 104 .

Ge Y ， Wang W Y . Fire resistance analysis of restrained high strength Q460 steel columns ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2012 ， 32 （ 1 ）： 99 - 104 . （in Chinese）

王新堂，周明，王万祯 . 约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能试验研究［J］. 建筑结构学报， 2012 ， 33 （ 2 ）： 18 - 25 .

Wang X T ， Zhou M ， Wang W Z . Experimental study of fire response and post-fire mechanical behavior of restrained H-steel columns after exposure to fire ［J］. Journal of Building Structures ， 2012 ， 33 （ 2 ）： 18 - 25 . （in Chinese）

李国强，宋林昕，缪嘉荣 . 约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力试验研究［J］. 建筑结构学报， 2020 ， 41 （ 1 ）： 79 - 86 .

Li G Q ， Song L X ， Miao J R . Experimental study on residual capacities of axially restrained high strength steel columns after fire ［J］. Journal of Building Structures ， 2020 ， 41 （ 1 ）： 79 - 86 . （in Chinese）

李国强，缪嘉荣，宋林昕 . 约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力影响参数研究［J］. 建筑结构学报， 2020 ， 41 （ 1 ）： 87 - 94 .

Li G Q ， Miao J R ， Song L X . Parametric study on residual capacities of axially restrained high strength steel columns after fire ［J］. Journal of Building Structures ， 2020 ， 41 （ 1 ）： 87 - 94 . （in Chinese）

Song L X ， Li G Q ， Wang Y C . Experimental study on the effects of whole heating cycle on post-fire behavior of restrained high strength structural steel columns ［J］. Journal of Building Engineering ， 2023 ， 70 ： 106385 .

宋林昕，李国强 . 轴压与偏压状态下高强钢轴向约束柱受火后剩余承载力试验研究［J］. 土木工程学报， 2025 ， 58 （ 3 ）： 23 - 37 .

Song L X ， Li G Q . Experimental study on post-fire residual capacity of axially restrained high strength steel columns under axial and eccentric compression ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2025 ， 58 （ 3 ）： 23 - 37 . （in Chinese）

班慧勇，施刚，石永久 . 高强钢焊接构件工字形横截面残余应力试验及统一分布模型研究［J］. 工程力学， 2014 ， 31 （ 8 ）： 83 - 91 .

Ban H Y ， Shi G ， Shi Y J . Experimental and unified model investigations on residual stress within high strength steel welded i-sections ［J］. Engineering Mechanics ， 2014 ， 31 （ 8 ）： 83 - 91 . （in Chinese）

建筑钢结构防火技术规范： GB 51249—2017 ［S］. 北京：中国计划出版社，

吕慧宝 . 国产超500 MPa高强度结构钢高温后力学性能研究［D］. 上海：同济大学， 2017 .

Lyu H B . Research on post-fire mechanical properties of domestic high strength structural steel over 500 MPa ［D］. Shanghai ： Tongji University ， 2017 . （in Chinese）

Song L X ， Li G Q . Processing and cooling effects on post-fire mechanical properties of high strength structural steels ［J］. Fire Safety Journal ， 2021 ， 122 ： 103346 .

Huang L ， Li G Q ， Wang X X ， et al . High temperature mechanical properties of high strength structural steels Q550， Q690 and Q890 ［J］. Fire Technology ， 2018 ， 54 （ 6 ）： 1609 - 1628 .

宋林昕，李国强 . 控轧控冷型高强钢高温下的力学性能试验研究［J］. 土木工程学报， 2021 ， 54 （ 2 ）： 84 - 92 .

Song L X ， Li G Q . Experimental study on mechanical properties of TMCP high strength steel at elevated temperatures ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2021 ， 54 （ 2 ）： 84 - 92 . （in Chinese）

Li G Q ， Song L X . Mechanical properties of TMCP Q690 high strength structural steel at elevated temperatures ［J］. Fire Safety Journal ， 2020 ， 116 ： 103190 .

Li G Q ， Lyu H B ， Zhang C . Post-fire mechanical properties of high strength Q690 structural steel ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2017 ， 132 ： 108 - 116 .

火灾后工程结构鉴定标准： T/ CECS 252—2019 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2019 .

钢结构设计标准： GB 50017—2017 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2017 .

建筑结构可靠性设计统一标准： GB 50068—2018 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2018 .

建筑结构荷载规范： GB 50009—2012 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2012 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

输电线路下击暴流强风荷载最不利工况研究

设置套管阻尼器的框架支撑结构参数分析