鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)抗火性能研究.pdf

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

2、性模量、極限強(qiáng)度及應(yīng)力一應(yīng)變曲線，并與普通結(jié)構(gòu)鋼的高溫力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比，為索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的抗火性能研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 3對(duì)大空間索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的時(shí)間一溫度關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算，并對(duì)火源輻射對(duì)索的溫度升高效應(yīng)進(jìn)行了分析，計(jì)算表明，對(duì)于鋼絞線這類材料輻射效應(yīng)對(duì)其溫度的升高影響較小，為索網(wǎng)高溫反應(yīng)分析奠定了基礎(chǔ)。 4單索的高溫受力特性是索網(wǎng)受力分析的基礎(chǔ)，本文采用溫度逐步疊加法對(duì)單索在高溫下的反應(yīng)進(jìn)行了理論推導(dǎo)，通過自編程序?qū)λ髟?/p>

3、高溫下的應(yīng)力路徑進(jìn)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(jié)果與有限元結(jié)果進(jìn)行了對(duì)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(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在高溫下的反應(yīng)進(jìn)行了推導(dǎo)，由于索網(wǎng)的面內(nèi)變形相對(duì)與面外變形小得多，在忽略面內(nèi)變形情況下推導(dǎo)了索網(wǎng)的平衡方程和協(xié)調(diào)方程。通過自編程序及通用程序驗(yàn)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(nèi)力均是減小的，這個(gè)特點(diǎn)給簡化計(jì)算帶來了較多方便。該簡化方法相對(duì)

4、于有限元方法來說具有自由度大為減小的優(yōu)點(diǎn)。通過實(shí)例驗(yàn)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(jié)構(gòu)高溫反應(yīng)的有限元模型。經(jīng)過與已有例題的對(duì)比，證明了有限元模型的有效性。 7對(duì)工程中常見的三種索網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(jìn)行了高溫作用下，結(jié)構(gòu)臨界溫度的參數(shù)分析。通過600多個(gè)有限元模型的臨界溫度計(jì)算，找到了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的火災(zāi)下性能的基本規(guī)律。為工程中索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的臨

5、界溫度確定提供了簡便實(shí)用的方法。 研究表明，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的矢跨比和垂跨比對(duì)臨界溫度的影響較?。涸谙嗤拇箍绫群褪缚绫葪l件下，等比例的改變索網(wǎng)的大小，對(duì)臨界溫度的影響也很小。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的臨界溫度主要與兩個(gè)關(guān)鍵因素：預(yù)應(yīng)力比和荷載比有關(guān)。在荷載比相同的情況下，預(yù)應(yīng)力越大，臨界溫度越高；在預(yù)應(yīng)力比相同的情況下，荷載比越大臨界溫度越低。對(duì)于荷載一定的情況下，預(yù)應(yīng)力大小對(duì)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