高强度结构钢轴心受压构件抗火性能研究

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钢结构以其强度高、韧性好、施工周期短等优点在现代建筑中得到了广泛的应用,但其抗火性能较差,一直以来被认为是钢结构的最大弱点。高强度钢材作为钢材的一种,最近几年广泛应用于各种大跨及高层建筑,如北京奥运主体育馆“鸟巢”、国家游泳中心“水立方”、中央电视台新大楼等。因此,对高强度钢基本构件的抗火性能研究具有重要的理论意义和工程应用价值。  本文对国产高强度钢Q460的高温材性进行了试验研究,包括高温拉伸试验和动态法测弹性模量试验,得出了高强度钢Q460的弹性模量、屈服强度和极限强度的计算模型,为高强度钢结构抗火性能研究提供了必要的基础数据。通过与普通结构钢的高温材性对比发现:高强度钢材的高温力学性能较普通结构钢好。  为了得到高强度钢Q460轴心受压构件高温下极限承载能力,考虑了温度对钢材力学性能的影响,采用三种方法对其进行分析计算:临界应力法、逆算单元长度法和ANSYS有限元法。在计算过程中,考虑了高强钢柱的初始缺陷,包括残余应力、初始弯曲等,并分析了这两类初始缺陷大小、模式对高温下钢柱极限承载能力的影响,结果发现这两类缺陷的影响均随长细比的增加而减小,残余应力模式对其影响较小。  通过采用临界应力法计算了高强度钢的稳定系数、稳定验算参数和临界温度,并将结果与普通结构钢进行对比发现:普通结构钢的稳定系数、稳定验算参数和临界温度与高强度钢结果有较大差别,其结果并不适用于高强度钢。  最后,将ANSYS的分析结果与临界应力法及逆算单元长度法的计算结果进行比较,表明所建有限元分析模型与理论计算结果吻合较好,结果数据可靠有效,对高强度钢轴心受压构件抗火设计具有重要的借鉴意义。
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