考虑蠕变影响的钢柱抗火性能研究

发布时间：2017-07-15 16:24

  本文关键词：考虑蠕变影响的钢柱抗火性能研究

  更多相关文章： 蠕变 钢柱 抗火 高强钢 设计方法

【摘要】：结构抗火研究的实质是描述火灾下结构的变形和受力性能。钢柱是钢结构的主要承重构件,火灾下钢柱的破坏将导致结构的倒塌,造成严重的人员伤亡和财产损失。常温下,蠕变对钢构件的影响较小,但在高温下钢材将产生明显的蠕变变形,对钢结构火灾下的变形和受力性能产生较大的影响。高强钢材具有比普通钢材更高的强度,在相同的受力条件下,使用高强钢材不仅可以缩小截面尺寸,节约钢材用量,同时还能减少运输、焊接等工作量,通过缩短工期带来可观的经济效益。目前国内外的钢结构抗火设计规范中,钢柱承载力计算公式都是基于普通钢柱的试验数据提出的,并且没有考虑高温蠕变的影响。为了研究高温蠕变对钢柱抗火性能的影响,本文引入钢材高温下的力学参数和蠕变参数,采用ANSYS有限元程序建立了考虑蠕变影响钢柱的抗火分析模型。将有限元的分析结果与钢柱的抗火试验数据对比,发现考虑蠕变效应后钢柱的轴向位移和跨中挠度与不考虑蠕变效应的结果差别较大;当钢柱破坏温度超过600℃时,考虑蠕变效应钢柱的有限元分析结果与试验结果吻合较好。因此,对于破坏温度超过600℃的钢柱在抗火分析中应该将蠕变因素单独考虑,否则结果将偏于不安全。利用验证过的有限元模型分别对普通钢柱和高强度Q460钢柱进行了大量的参数分析,并与现行规范的钢柱抗火承载力进行了对比。结果表明:长细比、荷载比、升温速率、初始缺陷(残余应力、初弯曲、初偏心)和弯曲方向对考虑蠕变效应后钢柱的抗火承载力有明显的影响,普通钢的截面形式和屈服强度对钢柱抗火承载力的影响较小;高强度Q460钢柱的抗火性能优于普通钢柱,《建筑钢结构防火技术规范》CECS 200:2006中钢柱的抗火设计结果不适用于高强度Q460钢柱。基于参数分析结果和理论推导,提出了一种考虑蠕变影响钢柱抗火承载力的设计方法。本文的研究主要有三个创新之处。第一个创新点是定量研究高温蠕变对普通钢柱火灾行为的影响;第二的创新点是研究了考虑蠕变与不考虑蠕变效应的高强度Q460钢柱在火灾下的变形和受力性能;第三个创新点是提出了一种考虑蠕变影响钢柱抗火承载力的设计方法。
【关键词】：蠕变 钢柱 抗火 高强钢 设计方法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391;TU352.5
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-12
• 主要符号12-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 课题背景和意义14-15
• 1.2 钢材高温材料性能研究现状15-18
• 1.2.1 普通钢材高温力学性能研究现状15-16
• 1.2.2 高强钢材高温力学性能研究现状16
• 1.2.3 高温蠕变研究现状16-18
• 1.3 钢柱抗火性能研究现状18-20
• 1.3.1 普通钢柱抗火性能研究现状18-19
• 1.3.2 高强钢柱抗火性能研究现状19-20
• 1.4 本文研究目标和内容20-22
• 1.4.1 研究目标20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 2 高温下钢材的材料性能22-28
• 2.1 高温下钢材的物理性能22-23
• 2.1.1 热膨胀系数22
• 2.1.2 比热容22
• 2.1.3 密度22-23
• 2.2 高温下钢材的力学特性23-28
• 2.2.1 强度23-24
• 2.2.2 弹性模量24-26
• 2.2.3 应力-应变关系26
• 2.2.4 泊松比26
• 2.2.5 高温蠕变26-28
• 3 考虑蠕变影响钢柱的有限元模型和试验验证28-36
• 3.1 有限元模型建立28-31
• 3.1.1 试验概况28
• 3.1.2 单元类型28
• 3.1.3 材料属性28-29
• 3.1.4 划分单元29-31
• 3.1.5 边界约束31
• 3.1.6 初始缺陷31
• 3.2 试验验证31-36
• 3.2.1 常温试件31-32
• 3.2.2 高温试件32-36
• 4 考虑蠕变影响普通钢柱的参数分析和设计方法36-54
• 4.1 规范计算方法36-37
• 4.1.1 欧洲规范36
• 4.1.2 中国规范36-37
• 4.2 普通钢柱的参数分析37-47
• 4.2.1 长细比37-38
• 4.2.2 荷载比38-39
• 4.2.3 升温速率39-41
• 4.2.4 屈服强度41-42
• 4.2.5 截面形式42-43
• 4.2.6 弯曲方向43-44
• 4.2.7 初始缺陷44-47
• 4.3 设计方法47-54
• 4.3.1 不考虑初始缺陷47-48
• 4.3.2 考虑初始缺陷48-49
• 4.3.3 公式推导49-52
• 4.3.4 算例验证52-54
• 5 考虑蠕变影响高强度Q460钢柱的参数分析和设计方法54-80
• 5.1 前言54
• 5.2 参数分析54-70
• 5.2.1 长细比54-61
• 5.2.2 荷载比61-66
• 5.2.3 升温速率66-70
• 5.3 高强钢柱与普通钢柱和规范结果对比70-75
• 5.3.1 临界温度71-74
• 5.3.2 高温稳定性系数74-75
• 5.4 设计方法75-80
• 5.4.1 公式推导75-78
• 5.4.2 算例验证78-80
• 6 结论与展望80-82
• 6.1 结论80
• 6.2 创新点80-81
• 6.3 展望81-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 附录88
• A 作者简介88
• B 作者在攻读硕士学位期间书写的论文目录88
• C 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目88
• D 作者在攻读硕士学位期间参加的学术会议88

【参考文献】

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本文编号：544746