Q460GJ钢H型截面梁抗火性能分析

发布时间：2017-07-20 22:14

  本文关键词：Q460GJ钢H型截面梁抗火性能分析

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【摘要】：随着我国经济的不断发展,以钢骨架为主的大型高层建筑及大跨结构应运而生,而对易焊接、抗震、抗低温冲击等性能的要求越来越高,更多新的高强材料结构钢也层见迭出。GJ系列结构钢是为了赶超世界先进水平,国内自主研发的具有中国特色的高性能结构用钢。其具有优良的性能参数指标,保证了屈服强度的上下限、碳当量、屈强比、优良的Z向性能。在火灾条件下钢结构材性的降低会导致其承载能力的下降,火灾中钢结构被烧毁的事故多不胜数,因此钢结构的高温性能研究可以作为评估钢结构在火灾时及火灾后性能的基础。高建钢的控轧控冷制作工艺、低C、S、P含量、微合金元素含量都使其具有更好的高温性能。本文针对高建钢Q460GJ钢高温下的材性及钢梁的临界温度、承载力、变形等进行了研究分析,主要内容与结论如下:(1)Q460GJ钢材性试验:对Q460GJ钢8mm及10mm厚板进行高温拉伸试验。每种厚度钢板均进行20℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃温度下的拉伸试验,每个温度下进行三个试件拉伸,从而得到不同温度下的应力—应变关系曲线,进一步得到屈服强度、极限强度。采用共振法测高温下弹性模量,分别得到不同温度下的初始弹性模量。并和各国规范、普通结构钢及高强S460钢高温下力学性能进行对比。(2)受弯构件高温下理论分析:介绍了国内规范中受弯构件的抗火计算方法,高温下约束钢梁的悬链线效应理论,高温下约束钢梁的变形曲线,高温下约束钢梁的轴力与跨中挠度趋势及大变形平衡方程。(3)普通结构钢梁高温下有限元验证:采用有限元软件ABAQUS建立高温下简支梁及约束钢梁的有限元模型,并分别与国外对应试验结果进行了对比,验证了有限元模型高温下的可靠性。(4)Q460GJ钢参数分析:采用ABAQUS建立Q460GJ常温下简支梁有限元模型与重庆大学熊刚老师试验进行了对比,验证了常温下有限元模型的可靠性。利用普通结构钢高温下有限元方法建立Q460GJ钢梁有限元模型,考虑稳态和瞬态分析简支梁的临界温度、临界荷载及约束钢梁的临界温度、轴向及转动刚度、跨度、屈服强度的影响,验证了Dwaikat挠度曲线的公式算法,并将约束钢梁不同约束条件下的变形曲线与殷颖智论文中计算公式对比,验证了正确性。本文的创新点:1)试验得到了Q460GJ钢常温至900℃的高温下强度及刚度数据;2)采用有限元软件ABAQUS分析了普通结构钢简支梁与约束钢梁高温下力学及变形并与国外试验结果进行了对比,验证了模型分析的正确性;(3)使用ABAQUS采用Q460GJ钢常温实测材性数据建立有限元模型分析常温下极限承载力并与重庆大学熊刚老师的Q460GJ钢梁的试验对比;(4)采用ABAQUS有限元软件分析了Q460GJ钢梁高温下的力学与变形并与Dwaikat和殷颖智博士论文提出的理论计算公式进行了对比。
【关键词】：高建钢Q460GJ 高温下材性 钢梁 ABAQUS
【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3-5
• 英文摘要5-15
• 主要符号15-16
• 1 绪论16-28
• 1.1 课题背景和意义16-17
• 1.2 钢材高温材料性能研究现状17-20
• 1.2.1 普通强度结构钢材料性能研究现状17-19
• 1.2.2 高强度结构钢材料性能研究现状19-20
• 1.2.3 高建钢（GJ钢）材料性能研究现状20
• 1.3 钢材高温下热物理性能20-25
• 1.3.1 热膨胀系数20-21
• 1.3.2 比热容21
• 1.3.3 应力—应变关系模型21-22
• 1.3.4 屈服强度折减系数22-24
• 1.3.5 初始弹性模量降低系数24
• 1.3.6 密度24-25
• 1.4 钢梁抗火性能研究现状25-26
• 1.5 本文研究目标与内容26-28
• 1.5.1 研究目标26-27
• 1.5.2 研究内容27-28
• 2 Q460GJ钢常温及高温力学性能试验28-54
• 2.1 Q460GJ钢常温力学性能28-30
• 2.1.1 试件设计28
• 2.1.2 试验装置28-29
• 2.1.3 试验过程29
• 2.1.4 试验结果29-30
• 2.2 Q460GJ钢高温强度试验30-44
• 2.2.1 试验过程30-31
• 2.2.2 试验结果31-41
• 2.2.3 结果分析与讨论41-43
• 2.2.4 强度折减系数数学模型43-44
• 2.3 Q460GJ钢高温弹性模量试验44-52
• 2.3.1 试验原理44
• 2.3.2 试件设计44-45
• 2.3.3 试验过程45-46
• 2.3.4 试验结果46-50
• 2.3.5 结果分析与讨论50-52
• 2.3.6 弹性模量折减系数数学模型52
• 2.4 本章小结52-54
• 3 受弯构件抗火计算理论54-66
• 3.1 CECS 200:2006受弯构件抗火验算54-57
• 3.2 火灾下钢梁的受力及变形分析57-66
• 3.2.1 约束钢梁高温下的悬链线效应57-58
• 3.2.2 殷颖智的约束钢梁变形方程58-61
• 3.2.3 约束钢梁的附加轴力与挠度Dwaikat计算理论61-66
• 4 普通结构钢梁有限元模型和试验验证66-82
• 4.1 简支钢梁验证66-76
• 4.1.1 验证背景66-67
• 4.1.2 模型的建立及分析67-71
• 4.1.3 无初始缺陷梁的验证71-72
• 4.1.4 有初始缺陷梁的验证72-76
• 4.2 约束钢梁验证76-81
• 4.2.1 验证背景76-77
• 4.2.2 模型的建立及分析77-79
• 4.2.3 模型验证79-81
• 4.3 本章小结81-82
• 5 Q460GJ钢梁抗火性能分析82-114
• 5.1 Q460GJ钢梁常温下有限元验证82-84
• 5.1.1 试验背景82-83
• 5.1.2 模型验证83-84
• 5.2 Q460GJ钢梁高温下有限元分析84-87
• 5.2.1 模型建立84
• 5.2.2 三面受火温度场分析84-87
• 5.3 Q460GJ简支梁稳态与瞬态分析87-92
• 5.3.1 稳态分析87-91
• 5.3.2 瞬态分析91-92
• 5.4 Q460GJ约束钢梁轴力与挠度分析92-107
• 5.4.1 模型的建立及分析92-99
• 5.4.2 横向约束的影响99
• 5.4.3 轴向刚度的影响99-102
• 5.4.4 转动刚度的影响102-103
• 5.4.5 跨度的影响103-104
• 5.4.6 屈服强度的影响104-106
• 5.4.7 模型与理论结果对比106-107
• 5.5 Q460GJ约束钢梁变形分析107-109
• 5.5.1 转动刚度为 0107-108
• 5.5.2 转动刚度无穷大108-109
• 5.6 Q460GJ约束钢梁不同受火面分析109-112
• 5.7 本章小结112-114
• 6 结论与展望114-116
• 6.1 全文总结114
• 6.2 本文创新点114-115
• 6.3 今后研究展望115-116
• 致谢116-118
• 参考文献118-122
• 附录122
• A 作者在攻读硕士学位期间书写的论文目录122
• B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目122
• C 作者在攻读硕士学位期间参加的学术会议122

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本文编号：570270