双跨变截面门式刚架钢结构不同温度路径下的响应分析

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钢结构具有自重轻、强度高、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势,近年来随着大型建筑增多,钢结构以其自身的优越性在工程实际中得到合理应用而迅速发展。但是钢结构不耐火,在高温下钢材的性能发生很大的变化,如果没有采取很好的防火措施,火灾发生时,结构很容易遭到破坏而倒塌。火灾的发生具有随机性,火源几何位置的关系造成了空气升温的复杂多变,局部结构随时可能出现降温或者出现升降温的反复,部分构件内部温度场不稳定使得构件的受力性能持续变化,处在整体结构中构件内力重新分布,整体结构的承载方式发生改变使得空间结构仍具有一定的承载能力。本文采用基于计算的结构抗火设计方法,与以往的研究内容不同,本文考虑降温对结构抗火性能的影响,应用大型有限元程序ANSYS对大空间局部火灾下双跨变截面门式刚架钢结构在升温——降温路径下的整体抗火的性能反应进行分析研究。采用大空间升温曲线对斜梁局部位置施加热载荷,空气温度从室温开始,逐渐加热达到预设的最高温度,然后以一定降温速率降至室温;再根据火源位置不同设置三种工况,计算分析得到不同火源位置下变截面门式刚架梁竖向位移沿着梁轴向的变化规律、梁上最大变形截面位置随火源位置的变化规律、梁上最大变形截面节点的竖向位移随时间的变化规律以及最大变形截面节点的等效应变随时间的变化规律;探索了局部火灾下降温速率、升温时间以及反复升温降温等参数对钢结构整体抗火性能的影响。通过对不同工况下的计算结果进行分析比较,分析得出钢结构局部受火和整体受火结构响应的差异;由于降温阶段整体结构变形大于升温阶段的变形,降温造成的破坏性影响更大;火源位置不同对整体钢结构的破坏程度也不一样,其中,梁跨中受火对整体钢结构的破坏程度最大;不同火源位置下梁最大变形截面的竖向位移随着时间的变化规律一致;不同火源位置下梁最大变形截面节点的等效应变随着时间的变化规律相同。降温速率、升温时间以及反复升温降温对结构抗火性能的影响程度与火源位置有关,应视火源位置而定。通过不同温度路径下双跨变截面门式刚架钢结构在局部火灾下的性能的研究,得到的整体结构响应在局部火灾中的变化规律,为钢结构整体抗火提供理论依据,也为实际工程设计提供借鉴。
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