圓鋼管結(jié)構(gòu)抗火性能試驗及理論研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，近年來，鋼管結(jié)構(gòu)在空間大跨結(jié)構(gòu)和導(dǎo)管架海洋平臺等鋼結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)抗火研究成果中，國內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中在工字鋼梁、工字鋼柱、鋼管混凝土等構(gòu)件及其相關(guān)節(jié)點，然而對圓鋼管結(jié)構(gòu)及其節(jié)點在火災(zāi)作用下的力學(xué)性能研究卻少見報道，深入研究圓鋼管結(jié)構(gòu)及其相貫節(jié)點在火災(zāi)作用下的力學(xué)性能非常必要。
　　 本文在總結(jié)國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)抗火研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用抗火試驗、有限元模擬、理論分析相結(jié)合的研究方法，進(jìn)行了以

2、下幾方面的研究工作：
　　 (1)進(jìn)行了2個平面圓鋼管桁架的抗火性能試驗，得到了火災(zāi)作用下平面圓鋼管桁架的破壞形態(tài)、溫度分布以及桁架耐火極限溫度隨荷載比變化的規(guī)律。利用有限元軟件ABAQUS建立了平面圓鋼管桁架的有限元模型，并用試驗結(jié)果驗證了有限元模型的正確性。在此基礎(chǔ)上，選擇了三個對桁架受力性能影響較大的參數(shù)-直徑比β、壁厚比τ徑厚比）γ，對火災(zāi)作用下平面圓鋼管桁架的極限承載力和不同荷載比下桁架的耐火極限溫度進(jìn)行了有限元參數(shù)分

3、析，得到了高溫下平面圓鋼管桁架的極限承載力和耐火極限溫度的變化規(guī)律。
　　 (2)進(jìn)行了3個圓鋼管T形相貫節(jié)點的受力性能試驗，其中，試件1(編號SP1)用于測量常溫下的相貫節(jié)點的極限承載力，試件2（編號SP2）用于研究高溫作用下節(jié)點的耐火極限溫度，試件3（編號SP3）用于研究恒定溫度作用下的節(jié)點極限承載力。通過試驗，得到了火災(zāi)作用下T型相貫節(jié)點的破壞形態(tài)、溫度分布以及耐火極限溫度和極限承載力。利用有限元軟件ABAQUS，采用殼單

4、元S4R，建立了T形相貫節(jié)點的有限元模型，并用試驗結(jié)果驗證了有限元模型的正確性，為下一步的有限元參數(shù)分析打下了基礎(chǔ)。
　　 (3)在圓鋼管T形相貫節(jié)點抗火性能試驗以及有限元分析的基礎(chǔ)上，研究了火災(zāi)作用下不同參數(shù)對T形相貫節(jié)點極限承載力的影響。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范中已有的常溫下T形相貫節(jié)點的極限承載力公式，考慮了溫度對極限承載力的影響，給出了火災(zāi)作用下T形相貫節(jié)點的極限承載力公式，并研究了不同荷載比對T形相貫節(jié)點耐火極限溫度的影響，得出了

5、T形相貫節(jié)點耐火極限溫度隨荷載比變化的規(guī)律。
　　 (4)考慮了結(jié)構(gòu)的幾何非線性、高溫下鋼材的材料非線性以及沿圓鋼管截面環(huán)向及厚度方向溫度的不均勻分布等因素的影響，推導(dǎo)了高溫下圓鋼管截面空間梁單元的剛度矩陣、平均應(yīng)變增量和溫度荷載增量矩陣及相關(guān)理論公式，編制了可用于計算圓鋼管結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的有限元程序。經(jīng)過算例驗證，證明該程序可以計算圓鋼管結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。
　　 最后，對下一步研究工作的方向進(jìn)行了簡