火災下帶約束鋼梁的懸鏈線效應研究.pdf

1、鋼結構具有自重輕、抗震性能好、造型美觀、施工便捷、可回收利用等優(yōu)點，因此，在建筑結構領域的應用越來越廣泛。目前，常溫下建筑鋼結構的設計理論與設計方法日趨完善。然而，近年來建筑火災頻繁發(fā)生，給建筑結構安全帶來了嚴重危害，造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，鋼結構抗火研究已成為建筑結構抗火研究的主要方向，主要研究鋼構件或結構在升溫初期和升溫過程中的抗火性能，對火災后期鋼梁的懸鏈線效應、樓板的薄膜效應以及鋼框架連續(xù)倒塌現(xiàn)象的研究還不是很深入?；谏鲜?/p>

2、研究背景，本文對火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應開展了試驗研究和有限元數(shù)值模擬分析，揭示了火災下帶約束鋼梁的破壞模式、受力性能以及懸鏈線效應的形成過程，探究了火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的影響因素，并給出了火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的判定機理。
　　在總結各國規(guī)范中已有的鋼材常溫下和高溫下力學性能的基礎上，對試驗中所用Q235鋼材開展了常溫下與高溫下的材料力學性能試驗，鋼材高溫材料力學性能試驗采用高溫穩(wěn)態(tài)試驗方法。通過試驗，獲取了常溫和高

3、溫下鋼材的彈性模量、屈服強度、抗拉強度等力學性能指標，以及材料的應力-應變曲線，為后續(xù)火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的試驗研究與數(shù)值模擬分析提供了重要的原始數(shù)據(jù)。
　　基于常溫下和高溫下Q235鋼材的材料力學性能試驗，本文對5根帶約束H型截面鋼梁開展了火災試驗研究，揭示了火災下帶約束鋼梁的破壞模式、受力性能和懸鏈線效應的形成過程，給出了各試驗試件對應的爐溫-時間曲線、試件溫度-時間曲線和試件跨中撓度-時間曲線等相關試驗結果，著重考察荷

4、載比n和支座軸向約束剛度Kx對火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的影響。試驗結果表明:荷載比n和支座軸向約束剛度Kx是影響火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的重要因素，當荷載比n一定時，Kx越大，試件發(fā)生大變形的時間較晚;當支座軸向約束剛度Kx一定時，荷載比n越大，試件發(fā)生大變形的時間較早。
　　通過有限元軟件ABAQUS對火災試驗中各試驗試件建立了準確的有限元模型，采用完全耦合熱力分析方法對各試驗試件的有限元模型進行傳熱和受力分析，獲得了各試驗

5、試件溫度-時間曲線和試件跨中撓度-時間曲線的有限元結果，并將有限元結果與試驗結果進行對比，兩者存在誤差，但整體趨勢基本吻合，基本驗證了有限元分析模型的準確性和可行性。
　　在驗證了有限元分析模型準確性的基礎上，對火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的影響因素進行了參數(shù)化分析，著重考察了支座軸向約束剛度Kx、支座平面內(nèi)轉(zhuǎn)動約束剛度KzR、荷載比n、荷載類型、跨高比l/h、荷載分布形式6個參數(shù)的影響。有限元分析結果表明:①約束鋼梁兩端支座的軸向

6、約束剛度Kx、支座平面內(nèi)轉(zhuǎn)動約束剛度KzR和荷載比n是影響火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的重要因素;②不同荷載類型對火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的影響不大;③鋼梁的跨高比l/h和荷載分布形式對火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應有一定的影響。
　　在參數(shù)化分析的基礎上，本文最后對火災下帶約束鋼梁懸鏈線效應的判定機理進行了探究性研究，研究結果表明:當發(fā)生類似于標準ISO-834升溫曲線的火災時，對于僅有可靠的軸向約束(0.3kb＜ Kx＜1.0kb