帶約束軸心受壓H形不銹鋼柱抗火性能試驗(yàn)研究.pdf

1、目前，我國(guó)在大力推廣裝配式建筑，進(jìn)而減少環(huán)境污染和提高生產(chǎn)力水平。鋼結(jié)構(gòu)具有先天的裝配式特性，這一優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。不銹鋼作為鋼材家族的一員，由于其具有超強(qiáng)的耐腐蝕性而被逐步應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，隨著我國(guó)《不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS410-2015)的頒布，將加快不銹鋼在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。然而，近年來(lái)建筑火災(zāi)頻繁發(fā)生，給建筑結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)了嚴(yán)重危害，普通鋼結(jié)構(gòu)抗火試驗(yàn)研究和理論研究成為建筑結(jié)構(gòu)抗火研究的主要方向，而關(guān)于不銹鋼結(jié)

2、構(gòu)或構(gòu)件抗火性能的研究較少。國(guó)內(nèi)外關(guān)于不銹鋼柱抗火性能的研究多集中在無(wú)約束矩形（方形）閉口柱構(gòu)件，而實(shí)際框架中的梁柱節(jié)點(diǎn)一般多為剛接或者半剛接節(jié)點(diǎn)，柱構(gòu)件在火災(zāi)作用下受熱膨脹，將會(huì)受到相連構(gòu)件帶來(lái)的軸向約束作用和轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用，因此考慮約束作用對(duì)不銹鋼柱抗火性能的影響尤為必要。為此，本文對(duì)帶約束軸心受壓H形不銹鋼柱開展了試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，揭示了帶約束軸心受壓H形不銹鋼柱在火災(zāi)下的行為反應(yīng)和破壞機(jī)理，并給出了抗火設(shè)計(jì)建議。
　　基于

3、國(guó)產(chǎn)奧氏體S30408不銹鋼材料，開展了常溫下與高溫下的材料力學(xué)性能拉伸試驗(yàn)，其中，高溫下材料力學(xué)性能采用高溫穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)方法。試驗(yàn)結(jié)果表明:在常溫條件下，由Arrayago等最新提出的不銹鋼材料應(yīng)變硬化指數(shù)修正公式計(jì)算獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線整體吻合較好;在高溫條件下，由Chen和夏新鳳提出的不銹鋼材料應(yīng)變硬化指數(shù)修正公式計(jì)算獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線整體上均吻合較好。
　　為了考察構(gòu)件端部的軸向約束和轉(zhuǎn)動(dòng)

4、約束對(duì)不銹鋼柱抗火性能的影響，在基于高溫下材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，本文對(duì)5根僅帶軸向約束和2根同時(shí)帶軸向約束和轉(zhuǎn)動(dòng)約束的H形不銹鋼柱開展火災(zāi)試驗(yàn)研究。通過(guò)火災(zāi)試驗(yàn)，揭示了火災(zāi)下帶約束不銹鋼柱的行為反應(yīng)和受力性能，獲取各試驗(yàn)試件的爐溫-時(shí)間曲線、試件表面溫度-時(shí)間曲線、試件跨中側(cè)向變形-時(shí)間（溫度）曲線、試件軸向位移-時(shí)間（溫度）曲線及試件的破壞形態(tài)。最后，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，確定了各不銹鋼柱試驗(yàn)試件的屈曲溫度和臨界溫度。
　　采

5、用ABAQUS有限元軟件，建立火災(zāi)試驗(yàn)中各試驗(yàn)試件準(zhǔn)確的有限元分析模型，且對(duì)各試驗(yàn)試件火災(zāi)下行為反應(yīng)開展了數(shù)值模擬分析，將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性與可行性。基于上述準(zhǔn)確的有限元模型，對(duì)帶約束軸心受壓H形不銹鋼柱開展了參數(shù)化分析，分析內(nèi)容主要包括單參數(shù)影響分析和參數(shù)間耦合分析。參數(shù)化分析結(jié)果表明:(1)相同條件下，試件的截面尺寸對(duì)帶約束不銹鋼柱抗火性存在一定影響，但不顯著。(2)荷載比n、長(zhǎng)細(xì)比λ、軸向約束

6、剛度比β1和轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度比βr是影響帶約束軸心受壓H形不銹鋼柱抗火性能的關(guān)鍵因素;荷載比n、長(zhǎng)細(xì)比λ和軸向約束剛度比β1的增大，均降低了不銹鋼柱的抗火性能;轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度比βr的存在，提高了不銹鋼柱的抗火性能。(3)荷載比n和軸向約束剛度比β1、長(zhǎng)細(xì)比λ和軸向約束剛度比β1、長(zhǎng)細(xì)比λ和轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度比βr兩兩參數(shù)間存在耦合關(guān)系，因此，在帶約束軸心受壓H形不銹鋼柱抗火性能的分析過(guò)程中，應(yīng)需考慮上述參數(shù)之間的相互影響。
　　根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和