【摘 要】
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随着建筑业的发展,大量应用高强钢不仅可以节省材料,提高结构性能表现,也可响应国家的“双碳”政策。高强钢比普通钢在结构安装效率、经济社会效益和环保效益上都有着更为明显的优势。在本文中,高强钢指的是名义屈服强度不小于460MPa,同时具有良好韧性、延性以及加工性能的结构钢材。另外,火灾是影响钢结构服役性能的常见灾害之一。当经历火灾的钢结构没有发生倒塌,需要对其火灾后剩余承载性能进行准确评估。目前,关于
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随着建筑业的发展,大量应用高强钢不仅可以节省材料,提高结构性能表现,也可响应国家的“双碳”政策。高强钢比普通钢在结构安装效率、经济社会效益和环保效益上都有着更为明显的优势。在本文中,高强钢指的是名义屈服强度不小于460MPa,同时具有良好韧性、延性以及加工性能的结构钢材。另外,火灾是影响钢结构服役性能的常见灾害之一。当经历火灾的钢结构没有发生倒塌,需要对其火灾后剩余承载性能进行准确评估。目前,关于高强钢结构在火灾后剩余承载性能和灾后评估的研究较少。本文对Q690高强钢的高温后剩余承载性能进行系统性研究,通过有限元分析方法研究高温后Q690高强钢板梁的剩余承载性能,揭示高强钢板梁在高温后的承载机理,提出高温后Q690高强钢板梁受剪极限承载力计算方法,并且与相关规范进行充分对比,最后提出高温后Q690高强钢板梁的评价方法。主要研究内容与成果如下:本文对国产Q690高强钢开展了常温下及高温后的单调拉伸试验,包括常温下的3个试件,高温后的42个试件（其中21个采用空气冷却的方式,21个采用水冷却的方式）。试验结果表明:（1）700℃为Q690高强钢力学性能变化的分界线;（2）高强钢的材料力学性能随着暴露温度和冷却方式的变化而发生变化。基于材料力学的试验结果,对30个高强钢板梁模型进行ABAQUS有限元分析。主要考察其几何尺寸（宽高比a/hw、高厚比hw/tw）以及暴露温度（20℃、700℃、800℃、900℃）、冷却方式（空气冷却、水冷却）对高强钢板梁模型的影响。分析结果表明:（1）经历高温的高强钢板梁承载力-跨中位移曲线的非线性特征和剩余承载能力都会发生改变;（2）随着暴露温度的增加,高强钢板梁的屈曲后承载力Vpb表现出和材料强度相似的变化趋势。而暴露温度对高强钢板梁的屈曲后性能变化规律的影响较小;（3）以《钢结构设计标准》GB 50017-2017的挠度容许值作为参考,火灾温度700℃之前可以认为服役性能保持不变;（4）高强钢板梁承载性能在经历高温后低于欧洲规范设计值。根据有限元模型的高强钢板梁腹板应力发展规律,研究高强钢板梁构件的承载机理。结果表明:（1）腹板屈曲失效在高温后会变得更加突出;（2）暴露温度和冷却方式并不会改变其发展趋势,在火灾后并不会改变高强钢板梁抵抗外力的工作机制;（3）高强钢材料火灾前后力学性能、高强钢板梁极限承载力和腹板最大主应力分布图、腹板最大主应力-跨中位移曲线均呈现出强烈正相关的关系,为高强钢板梁抗火性能的后续研究提供了重要基础。最后,基于课题的研究成果提出了后期的研究展望。
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