预应力轴心受压撑杆钢柱抗火性能研究

发布时间：2019-12-01 06:14

【摘要】：预应力撑杆钢柱由于造型独特新颖、传力科学合理,越来越受到工程师的青睐。但是,当预应力撑杆钢柱遭遇火灾袭击时,其发生破坏而导致整体结构倒塌的可能性非常大,一旦结构破坏将会给社会带来严重的经济损失。为此,对火灾高温环境中预应力撑杆钢柱的破坏状态和破坏机理进行研究分析,就显得十分有必要。首先本文以1860级低松弛预应力钢绞线为对象,开展了高温下蠕变研究。选取温度和应力水平为参数,进行了13根钢绞线高温下的蠕变试验,得到其在高温下和高温后的力学特性,并拟合了该试验条件下工程用1860级钢绞线的高温蠕变方程;其次,完成了2根预应力轴心受压撑杆钢柱的恒载升温火灾试验,观察试件破坏现象并记录温度、位移等相关数据。结果表明:试验构件的轴向变形呈现出火灾初期增大、火灾后期减小的变化趋势,预应力拉索的张力在遭遇火灾袭击时就快速的下降,直至拉索内力完全释放,拉索发生松弛现象。采用试验数据验证后的有限元模拟,进行了三个影响参数分析,分别为荷载比、预应力比和相对轴向刚度比,获取了火灾下各个分析工况的力学响应(轴力和位移)的时程曲线。数值分析结果表明:拉索无防火措施时,其相对张力在火灾开始阶段就迅速下降,直至拉索完全松弛,导致预应力撑杆柱向普通钢柱转变;预应力撑杆钢柱的侧向变形经历了火灾初期缓慢增长、火灾后期迅速变大的过程,而轴向位移的变化趋势则是火灾初期增大、火灾后期减小;轴向刚度比和预应力比不变时,随着荷载比增大,预应力撑杆柱侧向变形和轴向变形越来越显著,但达到它们最大值所需的时间不断减小;预应力比不超过0.45时,火灾发生20min后,相对轴向刚度比和拉索初始张力这两个参数对撑杆钢柱力学性能的影响非常有限。对火灾下预应力轴心受压撑杆钢柱的结构响应进行了理论分析,推导出火灾全过程下预应力轴心受压撑杆钢柱拉索张力退化规律及轴向变形的计算公式,并分析了高温条件下理想预应力撑杆钢柱在对称屈曲模态和反对称屈曲模态下的承载能力计算公式。在综合上述分析资料的基础上,提出了高温环境下单横隔预应力撑杆钢柱的实用设计方法,并用试验数据验证其准确、可靠。
【图文】：

部分火灾照片

部分预应力钢结构建筑(a)预应力张弦梁(b)预应力撑杆钢柱
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU391

【参考文献】

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本文编号：2568279