火灾高温下受约束波纹腹板梁的悬链线效应
本文关键词： 火灾 悬链线效应 波纹腹板梁 均匀温度分布 不均匀温度分布 出处：《山东大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：火灾高温下整体结构中的钢梁与独立梁的受力特性有明显区别,钢材本身的力学性质随着温度的不断上升而迅速衰减,钢梁的挠度明显增大,由于相邻结构的约束作用,梁内产生轴向拉力,梁内拉力和跨中挠度形成的悬链线弯矩协助钢梁继续承载,约束钢梁高温下的悬链线效应显著增强了梁的抗火极限。波纹腹板梁中腹板波形增强了其抗剪屈曲承载能力,腹板可以突破规定的高厚比限值而做得很薄,在相同抗弯能力下大大节省了钢材用量,广泛应用于工程结构中。但腹板波折大幅度削弱了梁轴向刚度,对高温下悬链线效应产生明显的影响。本文通过试验验证的ABAQUS模型对火灾均匀和不均匀温度分布下约束波纹腹板梁的悬链线效应展开了分析研究,给出受约束波纹腹板梁抗火设计建议。均匀温度分布下波纹腹板梁悬链线效应的研究:先对约束钢梁的悬链线效应进行机理分析,给出约束钢梁承载机制、受火反应、轴力和弯矩分配等升温过程中的发展情况;然后比较分析了受火悬链线效应中波纹腹板梁与平腹板钢梁的异同;最后对均匀升温下波纹腹板梁的悬链线效应展开了参数分析。不均匀温度分布下波纹腹板梁悬链线效应的研究:先对不均匀升温下梁悬链线效应进行机理分析;然后对比研究了均匀与不均匀升温下约束钢梁的悬链线效应;分析了不同温度参数下约束钢梁的大变形性能,最后对两种温度分布下波纹腹板梁的悬链线效应展开了参数分析。探讨了约束波纹腹板梁抗火设计,给出了有无梁端约束、不同截面温度分布形式下波纹腹板梁的抗火设计建议,并把不同截面温度分布波纹腹板梁的抗火设计转化成均匀温度分布下平腹板钢梁的抗火设计,利用现有的简化计算公式,降低了抗火设计难度。波纹腹板梁的梁内压力远小于平腹板钢梁,并更早地发生悬链线效应;均匀升温下梁跨中挠度充分发展,均匀升温中破坏温度明显大于不均匀升温时;梁内最大压力随着梁端约束刚度的增加而显著增大,荷载比越小、跨高比越大的波纹腹板梁抗火性能越好。
[Abstract]:The mechanical properties of the whole structure under fire and high temperature are obviously different from those of the independent beam. The mechanical properties of the steel itself decay rapidly with the rising temperature, and the deflection of the steel beam increases obviously, because of the constraint of the adjacent structure. Axial tension is produced in the beam. The catenary bending moment formed by the tension in the beam and the deflection in the middle of the span helps the steel beam to carry on. The catenary effect of restrained steel beams at high temperature significantly enhances the fire resistance limit of the beams. The webs in corrugated web beams enhance their shear buckling capacity, and the webs can be made thinly by breaking through the specified limit of height to thickness ratio. Under the same flexural capacity, the steel consumption is greatly saved and widely used in engineering structures. However, the bending of the web greatly weakens the axial stiffness of the beam. In this paper, the catenary effect of constrained corrugated web beam under uniform and non-uniform temperature distribution is analyzed and studied by ABAQUS model, which is verified by experiments at high temperature. The fire resistance design suggestion of constrained corrugated web beam is given. The study of catenary effect of corrugated web beam under uniform temperature distribution: firstly, the mechanism of catenary effect of restrained steel beam is analyzed, and the bearing mechanism and fire response of restrained steel beam are given. Then the similarities and differences between corrugated web beam and flat web steel beam in the catenary effect of fire are compared and analyzed. Finally, the catenary effect of corrugated web beam under uniform temperature rise is analyzed. The catenary effect of corrugated web beam under uneven temperature distribution is studied: firstly, the mechanism of catenary effect of corrugated web beam under uneven heating is analyzed. Then the catenary effect of restrained steel beam under uniform and uneven heating is studied, and the large deformation behavior of restrained steel beam under different temperature parameters is analyzed. Finally, parametric analysis of catenary effect of corrugated web beam under two temperature distributions is carried out. The design of restrained corrugated web beam is discussed, and whether the beam ends are restrained or not is given. The fire resistance design of corrugated web beam with different section temperature distribution is suggested, and the fire resistance design of corrugated web beam with different cross section temperature distribution is transformed into the fire resistant design of flat web steel beam with uniform temperature distribution. The existing simplified calculation formula is used to calculate the fire resistance of corrugated web beam. The internal pressure of corrugated web beam is much smaller than that of flat web steel beam, and the catenary effect occurs earlier, the deflection of beam in the center of beam is fully developed under uniform heating, and the damage temperature in uniform heating is obviously higher than that in non-uniform heating. The maximum pressure in the beam increases significantly with the increase of the restrained stiffness at the end of the beam. The smaller the load ratio, the better the fire resistance of the corrugated web beam with greater ratio of span to height.
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU352.5;TU391
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，本文编号：1498923
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