火灾下钢架结构的屈曲反应分析

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钢结构相对于其他结构形式,具有施工快,自重轻等明显优势,尤其是钢框架结构在近年的生活和生产中更是得到了快速发展。但是抗火性能差是影响钢结构广泛运用的重要因素之一,近年来钢框架防火抗火的研究日益受到国内外学者的重视,并取得了一系列重要的突破。作为在火灾下影响钢框架结构承载能力的稳定性问题,也日益受到各国研究人员的关注,本文通过对国内外一些研究著作和理论的整理,主要进行了以下方面的研究:(1)总结了目前不同升温理论中温度场变化特点和计算分析方法以及高温下结构钢材的热物理性能和力学性能的变化,为后续各章高温条件下钢结构温度内力和稳定性能分析奠定基础。(2)结合热传导理论,对钢架结构在火灾下发生屈曲破坏时的极限温度进行了分析,得到了其极限燃烧时间。同时将钢框架节点转化为弹性铰支约束,释放了高温下节点的轴向刚度和转动刚度,利用结构力学的基本原理对火灾条件下钢框架结构构件的温度内力进行了数值计算,并结合具体算例分析了随火灾温度升高结构轴向刚度、转动刚度和温度内力随温度的变化情况。(3)结合具体算例,对火灾燃烧不同时刻钢框架结构抗弯刚度系数进行了求解,并根据抗弯刚度系数得到了钢架结构柱计算长度系数的表达式,通过分析火灾下钢架结构柱的计算长度系数的结果,对钢框架极限荷载进行了数值计算,得到了钢框架结构极限荷载随温度升高的变化趋势,得到了可以根据约束刚度比的变化情况来判断整体结构稳定性的发展趋势使受力分析更加合理的结论。(4)利用有限元软件ANSYS对局部火灾下的钢框架整体稳定性能进行了模拟,对温度内力引起的构件形变进行了数值计算,并得到了框架梁挠度和框架柱侧移量随火灾温度升高的变化趋势;通过模拟分析,研究了构件截面温度分布不均匀对整体稳定性能所称生的影响,并通过与计算算例所得到的极限屈曲应力结果进行了对比。
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