截面温度不均匀分布条件下受约束钢柱抗火性能试验与理论研究

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随着我国经济社会的发展和城镇进程的加快,建筑行业得到了迅猛发展。钢结构凭借其强度高、材料匀质性和各向同性好、塑性和韧性好、施工速度快等优点,已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑,但钢结构耐火性能差成为其一大弱点。钢材在火灾作用条件下其强度和弹性模量等力学性能指标急剧下降,在到达600℃时基本丧失了强度和刚度。钢柱是钢结构最重要的构件,钢柱在火灾作用下发生破坏丧失承载能力,将会导致结构的整体破坏,造成巨大的人员伤亡和经济损失,因此,对钢柱火灾作用下的受力性能进行研究具有重要的理论意义和实用价值。现阶段国内外的钢结构设计规范都是通过保证火灾下构件的安全性来确保结构整体在火灾下的安全性,即将构件从整体结构中分离出来,单独进行抗火设计。但在实际结构中,整体结构对单独构件具有约束作用,且单独构件对结构整体会产生反作用。因此,通过构件抗火设计方法来进行整体结构抗火设计就会存在一定程度的误差。目前国内外对受约束钢构件的研究已经取得了一定的成果,但在某些方面还有些不足或研究空白。本文在前人研究的基础上,对受约束钢柱的研究做了一些补充,主要如下:(1)目前对于约束钢柱的研究,大都假定温度沿截面均匀分布,但实际的抗火试验表明火灾下钢柱的温度沿截面方向非均匀分布。本文通过在同济大学国家重点抗火实验室进行的抗火试验,得到了温度不均匀分布条件下受约束钢柱的受力性能,利用试验数据对ABAQUS有限元模型进行了验证,并对温度不均匀分布受约束钢柱的抗火性能进行了参数分析,得到了屈曲温度和破坏温度随各参数的变化规律。(2)目前对于约束钢柱的研究,均集中在升温阶段,尚未对降温阶段的受力性能进行系统分析与研究。本文对此进行了理论研究,并得到了受约束钢柱降温阶段截面各点应力变化规律。研究表明:随着温度降低,受约束钢柱轴力逐渐由压力变为拉力。本文最后对需要进一步研究的方向给出了建议。
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