約束高強度Q460鋼柱抗火性能研究.pdf

1、目前，鋼結構抗火設計由基于試驗的設計方法轉變?yōu)榛谟嬎愕脑O計方法，很多國家頒布了相應的鋼結構抗火設計規(guī)范。各國鋼結構抗火設計規(guī)范都是通過計算獨立鋼構件在火災下的承載力來保證整體結構的安全性。然而，建筑結構具有整體連續(xù)性，火災下各個構件發(fā)生復雜的相互作用和內力重分布。為了體現(xiàn)真實結構中構件的受力情況，眾多研究者建立了子結構模型開展單個構件的抗火性能試驗研究，理論與數(shù)值分析中也考慮了子結構中其他構件對研究構件的約束作用，這種約束構件的抗火性

2、能研究成果為工程實踐提供了理論基礎和設計指導。隨著高強度Q460鋼材廣泛應用于建筑領域，其抗火性能引起了人們的重視。鋼柱是鋼框架結構的主要受力構件，因此研究約束高強度Q460鋼柱的抗火性能具有重要意義。
　　 本文在前人進行的約束鋼柱試驗及理論研究基礎上，進行了8組足尺約束高強度Q460鋼柱的抗火性能試驗研究，之后進行了有限元分析，其主要內容和結論包括：
　　 (1)材料力學性能：本文對試驗用鋼板和受火后鋼柱進行了材性試

3、驗，總結了國內外學者進行的Q460和S460鋼材高溫材性試驗，將本文的材性試驗結果與國內外學者的試驗結果進行了對比；
　　 (2)截面殘余應力：采用切割法對試驗鋼柱進行了受火前和受火后殘余應力測試，并對焊接殘余應力和高溫下殘余應力重分布進行了有限元模擬，模擬結果與試驗結果吻合很好，驗證了有限元模型的正確性；采用驗證的有限元模型分析了溫度從20℃升高到800℃時殘余應力分布的變化；
　　 (3)高強度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，并采用已有試驗結果進行了驗證。采用驗證的有限元模型，依據(jù)實測材性和殘余應力測試與分析結果，計算了高強度Q460鋼柱常溫和高溫下的穩(wěn)定承載力，并與多國規(guī)范進行了對比分析；
　　 (4)約束高強度Q460鋼柱抗火性能試驗：建立了8組足尺子結構，對約束高強度Q460鋼柱進行了抗火試驗研究，測量了約束鋼柱溫度、約束梁溫度、鋼柱的軸向位移和跨中側向位移，對試驗結果進行了分析，確定了試驗鋼柱的臨界

5、溫度；
　　 (5)約束高強度Q460鋼柱抗火性能有限元分析：建立了二維傳熱模型對試驗鋼柱受熱過程進行了有限元熱分析，分析結果與溫度測量結果吻合很好；建立了兩組子結構模型對試驗鋼柱進行了結構分析，分析結果與試驗結果吻合較好；有限元分析表明，建立的有限元模型可以模擬火災下約束高強度Q460鋼柱的溫度分布和結構響應；
　　 (6)約束高強度Q460鋼柱抗火性能參數(shù)分析：建立了簡化的有限元模型，并對其進行了驗證；采用驗證的有限

6、元模型對約束高強度Q460鋼柱的抗火性能進行了參數(shù)分析，參數(shù)包括：殘余應力、初始彎曲、荷載比、長細比、軸向約束剛度比和轉動約束剛度比。
　　 上述研究結果表明：高溫下Q460鋼柱截面殘余應力明顯減小。美國鋼結構規(guī)范柱子曲線適用于高強度Q460鋼柱的穩(wěn)定承載力計算，各國鋼結構抗火規(guī)范柱子曲線均不適用于高強度Q460鋼柱高溫穩(wěn)定承載力的計算?？紤]屈曲后性能將明顯提高約束高強度Q460鋼柱的抗火性能，殘余應力、初始彎曲、荷載比、長細比