本文關(guān)鍵詞：考慮蠕變影響的鋼柱抗火性能研究

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【摘要】：結(jié)構(gòu)抗火研究的實質(zhì)是描述火災(zāi)下結(jié)構(gòu)的變形和受力性能。鋼柱是鋼結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件,火災(zāi)下鋼柱的破壞將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的倒塌,造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。常溫下,蠕變對鋼構(gòu)件的影響較小,但在高溫下鋼材將產(chǎn)生明顯的蠕變變形,對鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)下的變形和受力性能產(chǎn)生較大的影響。高強鋼材具有比普通鋼材更高的強度,在相同的受力條件下,使用高強鋼材不僅可以縮小截面尺寸,節(jié)約鋼材用量,同時還能減少運輸、焊接等工作量,通過縮短工期帶來可觀的經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)外的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計規(guī)范中,鋼柱承載力計算公式都是基于普通鋼柱的試驗數(shù)據(jù)提出的,并且沒有考慮高溫蠕變的影響。為了研究高溫蠕變對鋼柱抗火性能的影響,本文引入鋼材高溫下的力學(xué)參數(shù)和蠕變參數(shù),采用ANSYS有限元程序建立了考慮蠕變影響鋼柱的抗火分析模型。將有限元的分析結(jié)果與鋼柱的抗火試驗數(shù)據(jù)對比,發(fā)現(xiàn)考慮蠕變效應(yīng)后鋼柱的軸向位移和跨中撓度與不考慮蠕變效應(yīng)的結(jié)果差別較大;當(dāng)鋼柱破壞溫度超過600℃時,考慮蠕變效應(yīng)鋼柱的有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。因此,對于破壞溫度超過600℃的鋼柱在抗火分析中應(yīng)該將蠕變因素單獨考慮,否則結(jié)果將偏于不安全。利用驗證過的有限元模型分別對普通鋼柱和高強度Q460鋼柱進行了大量的參數(shù)分析,并與現(xiàn)行規(guī)范的鋼柱抗火承載力進行了對比。結(jié)果表明:長細(xì)比、荷載比、升溫速率、初始缺陷(殘余應(yīng)力、初彎曲、初偏心)和彎曲方向?qū)紤]蠕變效應(yīng)后鋼柱的抗火承載力有明顯的影響,普通鋼的截面形式和屈服強度對鋼柱抗火承載力的影響較小;高強度Q460鋼柱的抗火性能優(yōu)于普通鋼柱,《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》CECS 200:2006中鋼柱的抗火設(shè)計結(jié)果不適用于高強度Q460鋼柱�；趨�(shù)分析結(jié)果和理論推導(dǎo),提出了一種考慮蠕變影響鋼柱抗火承載力的設(shè)計方法。本文的研究主要有三個創(chuàng)新之處。第一個創(chuàng)新點是定量研究高溫蠕變對普通鋼柱火災(zāi)行為的影響;第二的創(chuàng)新點是研究了考慮蠕變與不考慮蠕變效應(yīng)的高強度Q460鋼柱在火災(zāi)下的變形和受力性能;第三個創(chuàng)新點是提出了一種考慮蠕變影響鋼柱抗火承載力的設(shè)計方法。
【關(guān)鍵詞】：蠕變 鋼柱 抗火 高強鋼 設(shè)計方法
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU391;TU352.5
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-12
• 主要符號12-14
• 1 緒論14-22
• 1.1 課題背景和意義14-15
• 1.2 鋼材高溫材料性能研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 普通鋼材高溫力學(xué)性能研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 高強鋼材高溫力學(xué)性能研究現(xiàn)狀16
• 1.2.3 高溫蠕變研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 鋼柱抗火性能研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.1 普通鋼柱抗火性能研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.2 高強鋼柱抗火性能研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 本文研究目標(biāo)和內(nèi)容20-22
• 1.4.1 研究目標(biāo)20
• 1.4.2 研究內(nèi)容20-22
• 2 高溫下鋼材的材料性能22-28
• 2.1 高溫下鋼材的物理性能22-23
• 2.1.1 熱膨脹系數(shù)22
• 2.1.2 比熱容22
• 2.1.3 密度22-23
• 2.2 高溫下鋼材的力學(xué)特性23-28
• 2.2.1 強度23-24
• 2.2.2 彈性模量24-26
• 2.2.3 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系26
• 2.2.4 泊松比26
• 2.2.5 高溫蠕變26-28
• 3 考慮蠕變影響鋼柱的有限元模型和試驗驗證28-36
• 3.1 有限元模型建立28-31
• 3.1.1 試驗概況28
• 3.1.2 單元類型28
• 3.1.3 材料屬性28-29
• 3.1.4 劃分單元29-31
• 3.1.5 邊界約束31
• 3.1.6 初始缺陷31
• 3.2 試驗驗證31-36
• 3.2.1 常溫試件31-32
• 3.2.2 高溫試件32-36
• 4 考慮蠕變影響普通鋼柱的參數(shù)分析和設(shè)計方法36-54
• 4.1 規(guī)范計算方法36-37
• 4.1.1 歐洲規(guī)范36
• 4.1.2 中國規(guī)范36-37
• 4.2 普通鋼柱的參數(shù)分析37-47
• 4.2.1 長細(xì)比37-38
• 4.2.2 荷載比38-39
• 4.2.3 升溫速率39-41
• 4.2.4 屈服強度41-42
• 4.2.5 截面形式42-43
• 4.2.6 彎曲方向43-44
• 4.2.7 初始缺陷44-47
• 4.3 設(shè)計方法47-54
• 4.3.1 不考慮初始缺陷47-48
• 4.3.2 考慮初始缺陷48-49
• 4.3.3 公式推導(dǎo)49-52
• 4.3.4 算例驗證52-54
• 5 考慮蠕變影響高強度Q460鋼柱的參數(shù)分析和設(shè)計方法54-80
• 5.1 前言54
• 5.2 參數(shù)分析54-70
• 5.2.1 長細(xì)比54-61
• 5.2.2 荷載比61-66
• 5.2.3 升溫速率66-70
• 5.3 高強鋼柱與普通鋼柱和規(guī)范結(jié)果對比70-75
• 5.3.1 臨界溫度71-74
• 5.3.2 高溫穩(wěn)定性系數(shù)74-75
• 5.4 設(shè)計方法75-80
• 5.4.1 公式推導(dǎo)75-78
• 5.4.2 算例驗證78-80
• 6 結(jié)論與展望80-82
• 6.1 結(jié)論80
• 6.2 創(chuàng)新點80-81
• 6.3 展望81-82
• 致謝82-84
• 參考文獻84-88
• 附錄88
• A 作者簡介88
• B 作者在攻讀碩士學(xué)位期間書寫的論文目錄88
• C 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項目88
• D 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的學(xué)術(shù)會議88

【參考文獻】

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本文編號：544746