火災(zāi)下帶約束鋼梁的懸鏈線效應(yīng)研究.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、抗震性能好、造型美觀、施工便捷、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，因此，在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。目前，常溫下建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法日趨完善。然而，近年來建筑火災(zāi)頻繁發(fā)生，給建筑結(jié)構(gòu)安全帶來了嚴(yán)重危害，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，鋼結(jié)構(gòu)抗火研究已成為建筑結(jié)構(gòu)抗火研究的主要方向，主要研究鋼構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在升溫初期和升溫過程中的抗火性能，對(duì)火災(zāi)后期鋼梁的懸鏈線效應(yīng)、樓板的薄膜效應(yīng)以及鋼框架連續(xù)倒塌現(xiàn)象的研究還不是很深入?；谏鲜?/p>

2、研究背景，本文對(duì)火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)開展了試驗(yàn)研究和有限元數(shù)值模擬分析，揭示了火災(zāi)下帶約束鋼梁的破壞模式、受力性能以及懸鏈線效應(yīng)的形成過程，探究了火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的影響因素，并給出了火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的判定機(jī)理。
　　在總結(jié)各國規(guī)范中已有的鋼材常溫下和高溫下力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)中所用Q235鋼材開展了常溫下與高溫下的材料力學(xué)性能試驗(yàn)，鋼材高溫材料力學(xué)性能試驗(yàn)采用高溫穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)方法。通過試驗(yàn)，獲取了常溫和高

3、溫下鋼材的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)，以及材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，為后續(xù)火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬分析提供了重要的原始數(shù)據(jù)。
　　基于常溫下和高溫下Q235鋼材的材料力學(xué)性能試驗(yàn)，本文對(duì)5根帶約束H型截面鋼梁開展了火災(zāi)試驗(yàn)研究，揭示了火災(zāi)下帶約束鋼梁的破壞模式、受力性能和懸鏈線效應(yīng)的形成過程，給出了各試驗(yàn)試件對(duì)應(yīng)的爐溫-時(shí)間曲線、試件溫度-時(shí)間曲線和試件跨中撓度-時(shí)間曲線等相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，著重考察荷

4、載比n和支座軸向約束剛度Kx對(duì)火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:荷載比n和支座軸向約束剛度Kx是影響火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的重要因素，當(dāng)荷載比n一定時(shí)，Kx越大，試件發(fā)生大變形的時(shí)間較晚;當(dāng)支座軸向約束剛度Kx一定時(shí)，荷載比n越大，試件發(fā)生大變形的時(shí)間較早。
　　通過有限元軟件ABAQUS對(duì)火災(zāi)試驗(yàn)中各試驗(yàn)試件建立了準(zhǔn)確的有限元模型，采用完全耦合熱力分析方法對(duì)各試驗(yàn)試件的有限元模型進(jìn)行傳熱和受力分析，獲得了各試驗(yàn)

5、試件溫度-時(shí)間曲線和試件跨中撓度-時(shí)間曲線的有限元結(jié)果，并將有限元結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩者存在誤差，但整體趨勢基本吻合，基本驗(yàn)證了有限元分析模型的準(zhǔn)確性和可行性。
　　在驗(yàn)證了有限元分析模型準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，對(duì)火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的影響因素進(jìn)行了參數(shù)化分析，著重考察了支座軸向約束剛度Kx、支座平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度KzR、荷載比n、荷載類型、跨高比l/h、荷載分布形式6個(gè)參數(shù)的影響。有限元分析結(jié)果表明:①約束鋼梁兩端支座的軸向

6、約束剛度Kx、支座平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度KzR和荷載比n是影響火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的重要因素;②不同荷載類型對(duì)火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的影響不大;③鋼梁的跨高比l/h和荷載分布形式對(duì)火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)有一定的影響。
　　在參數(shù)化分析的基礎(chǔ)上，本文最后對(duì)火災(zāi)下帶約束鋼梁懸鏈線效應(yīng)的判定機(jī)理進(jìn)行了探究性研究，研究結(jié)果表明:當(dāng)發(fā)生類似于標(biāo)準(zhǔn)ISO-834升溫曲線的火災(zāi)時(shí)，對(duì)于僅有可靠的軸向約束(0.3kb＜ Kx＜1.0kb