平面鋼框架結(jié)構(gòu)非均勻升溫下非線性彈塑性有限元分析.pdf

1、目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于平面鋼框架結(jié)構(gòu)在高溫下的彈塑性數(shù)值模擬研究，主要基于標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)升溫曲線進(jìn)行，同時(shí)也都假定截面溫度或均勻分布，或呈線性分布，從材料層次上講，多數(shù)研究都局限在線彈性材料本構(gòu)模型的范圍，并忽略了溫度場(chǎng)非均勻分布和快速升溫時(shí)殘余應(yīng)力的影響。這些假定在一定程度上與真實(shí)結(jié)構(gòu)受火后的邊界條件與真實(shí)反應(yīng)存在一定差距。為了突破上述的局限，本文分別對(duì)單跨、雙跨、以及多跨平面鋼框架結(jié)構(gòu)在非均勻升溫下的非線性彈塑性反應(yīng)進(jìn)行有限元分析。

2、首先，本文介紹鋼結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)及有限元分析中常用的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，總結(jié)高溫下鋼結(jié)構(gòu)抗火計(jì)算的彈塑性分析方法和郎金方法，以此為基礎(chǔ)在有限元軟件ANSYS界面下對(duì)高溫下鋼梁抗火試驗(yàn)的溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)試驗(yàn)時(shí)爐溫的升溫曲線，使用MATLAB語(yǔ)言編程，擬合出相應(yīng)的升溫公式，然后在有限元計(jì)算中利用該升溫曲線，結(jié)合鋼梁截面已知的測(cè)點(diǎn)溫度分布，不斷調(diào)整熱輻射參數(shù)反復(fù)計(jì)算，直到鋼梁測(cè)點(diǎn)溫度與試驗(yàn)值相吻合，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼梁截面溫度場(chǎng)的數(shù)值分析，因而更準(zhǔn)確

3、的研究各種升溫條件下構(gòu)件真實(shí)的升溫路徑，以及截面真實(shí)的溫度分布。 其次，在已知構(gòu)件截面溫度分布的情況下，采用ANSYS中參數(shù)化語(yǔ)言(APDL)開(kāi)發(fā)可用于鋼結(jié)構(gòu)抗火計(jì)算的命令流。該命令流能夠考慮升溫前施加各種恒定荷載的情況，并能考慮溫度沿構(gòu)件截面高度方向線性分布，沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向線性分布的情況，包括截面內(nèi)外側(cè)分別為線性分布的情況，將計(jì)算的位移與試驗(yàn)所布置的測(cè)點(diǎn)的位移值進(jìn)行對(duì)比。此外，在材料層次上，本文采用的高溫下材料本構(gòu)模型為歐洲規(guī)

4、范EUROCODE3．Part1.2中推薦的不考慮強(qiáng)化段的橢圓形模型，并編寫(xiě)程序計(jì)算橢圓型本構(gòu)關(guān)系曲線數(shù)據(jù)，用于有限元軟件ANSYS中的本構(gòu)輸入，進(jìn)一步完善適合高溫下結(jié)構(gòu)分析的材料模型。 最后，本文還進(jìn)行熱—結(jié)構(gòu)耦合分析，并考察梁柱節(jié)點(diǎn)處加勁肋的作用，同時(shí)研究跨度和荷載兩個(gè)因素對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)的非線性響應(yīng)差別。同時(shí)在EXCEL2003軟件中，利用Visual Basic語(yǔ)言編寫(xiě)ANSYS軟件中BEAM189單元(三維粱單元)的殘余應(yīng)