鞍形索網(wǎng)結構抗火性能研究.pdf

1、索網(wǎng)結構可以跨越較大空間，作為一種解決大空間需求的結構形式被廣泛的使用。索網(wǎng)結構在火災下的性能對于保證結構安全性至關重要，但是國內外在這方面的研究比較滯后，本文試圖在這方面作些基礎性的研究工作。概括起來，本文的主要工作包括如下幾個方面： 1對鋼結構抗火研究及索網(wǎng)結構的研究現(xiàn)狀進行了綜述，對高溫下鋼材的熱物理性能進行了總結。 2對工程中常見的一種鋼絞線進行了常溫至700℃高溫作用下的材料力學性能試驗研究，得到了各溫度點的彈

2、性模量、極限強度及應力一應變曲線，并與普通結構鋼的高溫力學性能進行了對比，為索網(wǎng)結構的抗火性能研究提供了基礎數(shù)據(jù)。 3對大空間索網(wǎng)結構在火災下的時間一溫度關系進行了計算，并對火源輻射對索的溫度升高效應進行了分析，計算表明，對于鋼絞線這類材料輻射效應對其溫度的升高影響較小，為索網(wǎng)高溫反應分析奠定了基礎。 4單索的高溫受力特性是索網(wǎng)受力分析的基礎，本文采用溫度逐步疊加法對單索在高溫下的反應進行了理論推導，通過自編程序對索元在

3、高溫下的應力路徑進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)索網(wǎng)在恒定外力作用下，索的張力逐漸減小。將該結果與有限元結果進行了對比，證明該方法的正確性。 5采用連續(xù)化方法及差分的方法對索網(wǎng)結構在高溫下的反應進行了推導，由于索網(wǎng)的面內變形相對與面外變形小得多，在忽略面內變形情況下推導了索網(wǎng)的平衡方程和協(xié)調方程。通過自編程序及通用程序驗證發(fā)現(xiàn)，在索網(wǎng)的變形過程中具有與單索類似的特征，即無論主索和副索內力均是減小的，這個特點給簡化計算帶來了較多方便。該簡化方法相對

4、于有限元方法來說具有自由度大為減小的優(yōu)點。通過實例驗證本算法具有一定的精度，可以滿足工程要求。 6建立了高溫作用下索網(wǎng)結構高溫反應的有限元模型。經(jīng)過與已有例題的對比，證明了有限元模型的有效性。 7對工程中常見的三種索網(wǎng)結構即橢圓形底平面、菱形底平面的鞍形索網(wǎng)及拋物線底平面的曲面索網(wǎng)，進行了高溫作用下，結構臨界溫度的參數(shù)分析。通過600多個有限元模型的臨界溫度計算，找到了索網(wǎng)結構的火災下性能的基本規(guī)律。為工程中索網(wǎng)結構的臨

5、界溫度確定提供了簡便實用的方法。 研究表明，索網(wǎng)結構的矢跨比和垂跨比對臨界溫度的影響較小：在相同的垂跨比和矢跨比條件下，等比例的改變索網(wǎng)的大小，對臨界溫度的影響也很小。索網(wǎng)結構在火災下的臨界溫度主要與兩個關鍵因素：預應力比和荷載比有關。在荷載比相同的情況下，預應力越大，臨界溫度越高；在預應力比相同的情況下，荷載比越大臨界溫度越低。對于荷載一定的情況下，預應力大小對于臨界溫度的大小幾乎沒有影響。因此在荷載一定情況下，希望通過提高初