約束高強(qiáng)度Q460鋼柱抗火性能研究.pdf

1、目前，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)由基于試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變?yōu)榛谟?jì)算的設(shè)計(jì)方法，很多國(guó)家頒布了相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)規(guī)范。各國(guó)鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)規(guī)范都是通過計(jì)算獨(dú)立鋼構(gòu)件在火災(zāi)下的承載力來保證整體結(jié)構(gòu)的安全性。然而，建筑結(jié)構(gòu)具有整體連續(xù)性，火災(zāi)下各個(gè)構(gòu)件發(fā)生復(fù)雜的相互作用和內(nèi)力重分布。為了體現(xiàn)真實(shí)結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的受力情況，眾多研究者建立了子結(jié)構(gòu)模型開展單個(gè)構(gòu)件的抗火性能試驗(yàn)研究，理論與數(shù)值分析中也考慮了子結(jié)構(gòu)中其他構(gòu)件對(duì)研究構(gòu)件的約束作用，這種約束構(gòu)件的抗火性

2、能研究成果為工程實(shí)踐提供了理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。隨著高強(qiáng)度Q460鋼材廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，其抗火性能引起了人們的重視。鋼柱是鋼框架結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，因此研究約束高強(qiáng)度Q460鋼柱的抗火性能具有重要意義。
　　 本文在前人進(jìn)行的約束鋼柱試驗(yàn)及理論研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了8組足尺約束高強(qiáng)度Q460鋼柱的抗火性能試驗(yàn)研究，之后進(jìn)行了有限元分析，其主要內(nèi)容和結(jié)論包括：
　　 (1)材料力學(xué)性能：本文對(duì)試驗(yàn)用鋼板和受火后鋼柱進(jìn)行了材性試

3、驗(yàn)，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行的Q460和S460鋼材高溫材性試驗(yàn)，將本文的材性試驗(yàn)結(jié)果與國(guó)內(nèi)外學(xué)者的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；
　　 (2)截面殘余應(yīng)力：采用切割法對(duì)試驗(yàn)鋼柱進(jìn)行了受火前和受火后殘余應(yīng)力測(cè)試，并對(duì)焊接殘余應(yīng)力和高溫下殘余應(yīng)力重分布進(jìn)行了有限元模擬，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合很好，驗(yàn)證了有限元模型的正確性；采用驗(yàn)證的有限元模型分析了溫度從20℃升高到800℃時(shí)殘余應(yīng)力分布的變化；
　　 (3)高強(qiáng)度Q460鋼柱穩(wěn)定承載力

4、：建立了用于鋼柱穩(wěn)定承載力分析的有限元模型，并采用已有試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。采用驗(yàn)證的有限元模型，依據(jù)實(shí)測(cè)材性和殘余應(yīng)力測(cè)試與分析結(jié)果，計(jì)算了高強(qiáng)度Q460鋼柱常溫和高溫下的穩(wěn)定承載力，并與多國(guó)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比分析；
　　 (4)約束高強(qiáng)度Q460鋼柱抗火性能試驗(yàn)：建立了8組足尺子結(jié)構(gòu)，對(duì)約束高強(qiáng)度Q460鋼柱進(jìn)行了抗火試驗(yàn)研究，測(cè)量了約束鋼柱溫度、約束梁溫度、鋼柱的軸向位移和跨中側(cè)向位移，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，確定了試驗(yàn)鋼柱的臨界

5、溫度；
　　 (5)約束高強(qiáng)度Q460鋼柱抗火性能有限元分析：建立了二維傳熱模型對(duì)試驗(yàn)鋼柱受熱過程進(jìn)行了有限元熱分析，分析結(jié)果與溫度測(cè)量結(jié)果吻合很好；建立了兩組子結(jié)構(gòu)模型對(duì)試驗(yàn)鋼柱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；有限元分析表明，建立的有限元模型可以模擬火災(zāi)下約束高強(qiáng)度Q460鋼柱的溫度分布和結(jié)構(gòu)響應(yīng)；
　　 (6)約束高強(qiáng)度Q460鋼柱抗火性能參數(shù)分析：建立了簡(jiǎn)化的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證；采用驗(yàn)證的有限

6、元模型對(duì)約束高強(qiáng)度Q460鋼柱的抗火性能進(jìn)行了參數(shù)分析，參數(shù)包括：殘余應(yīng)力、初始彎曲、荷載比、長(zhǎng)細(xì)比、軸向約束剛度比和轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度比。
　　 上述研究結(jié)果表明：高溫下Q460鋼柱截面殘余應(yīng)力明顯減小。美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范柱子曲線適用于高強(qiáng)度Q460鋼柱的穩(wěn)定承載力計(jì)算，各國(guó)鋼結(jié)構(gòu)抗火規(guī)范柱子曲線均不適用于高強(qiáng)度Q460鋼柱高溫穩(wěn)定承載力的計(jì)算?？紤]屈曲后性能將明顯提高約束高強(qiáng)度Q460鋼柱的抗火性能，殘余應(yīng)力、初始彎曲、荷載比、長(zhǎng)細(xì)比