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H型截面钢框架抗火性能的试验研究及非线性有限元分析

2020-11-22阅读(851)

H型截面钢框架抗火性能的试验研究及非线性有限元分析

论文摘要

本文利用自行研制的火灾试验炉,对H型截面钢梁、钢柱、钢节点、钢框架进行了抗火性能的足尺试验研究。 H型截面钢梁抗火性能的试验研究中对14根钢梁进行三面受火试验,考虑边界条件、跨度和所受荷载大小三个影响因素。通过试验得出了钢梁的温度场分布、变形、轴向约束力和连接弯矩的变化规律。试验结果表明:H型截面钢梁在火灾作用下发生了局部屈曲和弯扭屈曲现象;边界条件对H型截面钢梁的抗火性能有明显影响;半刚性连接和柔性连接钢梁进入大变形阶段后,轴向约束压力变为轴向约束拉力,轴向拉力有阻止钢梁自身进一步变形的作用,即发生了悬链线作用。 H型截面钢柱抗火性能的试验研究中对10根钢柱进行四面受火试验,考虑边界条件、所受外加荷载大小、是否受到轴向约束和是否偏心受压四个影响因素。通过试验得出了钢柱的侧向变形、轴向变形和轴向约束力的变化规律。试验结果表明:火灾下,钢柱发生弯扭失稳破坏;钢柱所受的外加荷载越大极限温度越低;边界条件对钢柱抗火性能有一定影响;限制轴向变形的钢柱极限温度降低;二次受火钢柱的极限温度有明显的降低;在火灾下,对不限制轴向变形钢柱,轴向变形明显的分为膨胀阶段和收缩阶段,收缩阶段很短,一旦进入收缩阶段,钢柱很快发生破坏。 H型截面钢框架节点抗火性能的试验研究中对7个中节点、8个边节点进行受火试验,考虑了节点形式、是否带加劲肋和端板连接节点的端板厚度三个影响因素。通过试验得出了钢节点转角变化规律。试验结果表明:火灾下,节点破坏的

论文目录

  • 第一章 绪论
  • 1.1 火灾的危害
  • 1.2 研究意义
  • 1.3 研究目标
  • 1.4 本文的内容
  • 参考文献
  • 第二章 高温下结构钢的材料特性
  • 2.1 高温下结构钢的热物理性能
  • s'>2.1.1 钢的热传导系数λs
  • s'>2.1.2 钢的比热cs
  • s'>2.1.3 热膨胀系数αs
  • 2.1.4 钢的密度
  • 2.2 高温下结构钢的力学性能
  • 2.2.1 应力—应变关系曲线
  • 2.2.2 泊桑比
  • 2.2.3 等效屈服强度
  • 2.2.4 初始弹性模量
  • 参考文献
  • 第三章 H型截面钢梁抗火性能的试验研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 加温系统简介
  • 3.3 试验方案
  • 3.3.1 试件设计
  • 3.3.2 测试装置
  • 3.4 试验结果及分析
  • 3.4.1 试验宏观现象
  • 3.4.2 温度场分布
  • 3.4.3 变形
  • 3.4.4 连接的影响
  • 3.4.5 固定端的影响
  • 3.4.6 轴向约束的影响
  • 3.5 小结
  • 参考文献
  • 第四章 H型截面钢柱抗火性能的试验研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 加温系统简介
  • 4.3 试验方案
  • 4.3.1 试件设计
  • 4.3.2 测试装置
  • 4.4 试验结果与分析
  • 4.4.1 试验宏观现象
  • 4.4.2 温度分析
  • 4.4.3 变形
  • 4.4.4 外加荷载大小、边界条件对钢柱抗火性能的影响
  • 4.4.5 限制轴向变形对钢柱抗火性能的影响
  • 4.4.6 二次受火对钢柱抗火性能的影响
  • 4.5 小结
  • 参考文献
  • 第五章 H型截面钢框架节点抗火性能的试验研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 加温系统简介
  • 5.3 试验方案
  • 5.3.1 试件设计
  • 5.3.2 测试装置
  • 5.4 试验结果与分析
  • 5.4.1 试验宏观现象
  • 5.4.2 加劲肋对节点抗火性能的影响
  • 5.4.3 连接方式对节点抗火性能的影响
  • 5.4.4 端板厚度对端板连接节点抗火性能的影响
  • 5.4.5 边、中节点抗火性能的对比
  • 5.5 小结
  • 参考文献
  • 第六章 单层单跨H型截面钢框架抗火性能的试验研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 加温系统简介
  • 6.3 单层单跨H型截面钢框架抗火性能的试验研究
  • 6.3.1 试验方案
  • 6.3.2 试验结果与分析
  • 6.4 小结
  • 参考文献
  • 第七章 双层双跨H型截面钢框架抗火性能的试验研究
  • 7.1 引言
  • 7.2 加温系统简介
  • 7.3 双层双跨H型截面钢框架抗火性能的试验研究
  • 7.3.1 试验方案
  • 7.3.2 试验结果与分析
  • 7.4 小结
  • 第八章 H型截面钢框架抗火性能的非线性有限元分析
  • 8.1 引言
  • 8.2 几何非线性问题（有限变形理论）的基本方程
  • 8.2.1 大变形条件下的应变和应力的度量
  • 8.2.2 几何非线性问题的表达格式
  • 8.3 平面钢框架抗火性能的几何与材料非线性分析
  • 8.3.1 基本假定
  • 8.3.2 平面杆单元的几何非线性刚度方程
  • 8.3.3 热弹塑性有限元分析
  • 8.3.4 坐标变换
  • 8.3.5 非线性求解过程
  • 8.4 半刚性连接平面钢框架抗火性能的有限元分析
  • 8.4.1 半刚性连接的类型、特性和模型
  • 8.4.2 半刚性连接平面杆单元的刚度方程
  • 8.5 结果对比
  • 参考文献
  • 第九章 结论及展望
  • 9.1 结论
  • 9.2 展望
  • 附录1
  • 附录2
  • 攻读博士学位期间发表的学术论文
  • 攻读博士学位期间所获奖项
  • 攻读博士学位期间所参与的课题
  • 致谢

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