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随着我国经济的快速发展,轻钢结构得到了越来越多的应用。在一定的条件下,建筑物内易爆物品的爆炸可能引发火灾。在爆炸荷载作用下建筑结构可能产生一定程度的爆炸初始损伤。本文的目的是研究已经具有爆炸初始损伤的轻钢柱的耐火极限温度及竖向稳定性。为此,本文将水平爆炸载荷作用下的典型爆炸损伤分为三种模式,即弯曲损伤、弯剪损伤和剪切损伤。这些爆炸初始损伤会降低结构构件的耐火极限温度与稳定性,降低幅值与爆炸初始损伤的形式和程度有关。钢结构构件的耐火性能相对较弱,当温度达到600℃时钢材基本上丧失全部强度和刚度,所以当其具有一定爆炸初始损伤时,一旦发生火灾就会更容易遭到破坏。 本文以有限元分析软件ANSYS为平台,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,对具有典型爆炸初始损伤轻钢柱的耐火极限温度与竖向稳定性进行分析。有限元分析时采用热-结构耦合法,在标准升温条件下得到所提出爆炸损伤模式下轻钢柱的温度场,并将其作为体荷载施加在随后的结构分析中,计算轻钢柱在已知温度下的受力性能。通过对火灾下具有爆炸初始损伤轻钢柱的温度分布和力学行为的数值模拟分析,探讨爆炸损伤轻钢柱的耐火极限温度。重点讨论轴压比、爆炸初始损伤程度与约束形式等三种参数对受损伤轻钢结构柱耐火极限温度的影响,同时对比分析各参数对轻钢柱极限温度的影响程度。结果表明:随着轴压比及爆炸损伤程度的增大,耐火极限温度均降低;柱端约束情况对耐火极限温度也有一定的影响。 爆炸带给轻钢柱一定的初始损伤,使其在火灾下的稳定性有所降低。利用细长压杆微弯平衡条件,对所提出三种损伤模式下的轻钢柱进行高温下的竖向稳定性分析,分别得到高温下具有爆炸初始损伤轻钢柱的临界应力计算公式,进而提出高温下损伤轻钢柱临界应力比、稳定系数比和耐火极限温度的简便计算方法,最后将数值分析结果与理论分析结果进行对比,对比结果吻合较好。理论计算结果与有限元分析结果都表明,损伤轻钢柱的稳定能力是随着爆炸损伤程度的增加而显著减少。同时,在相同的损伤条件下,稳定能力将随着温度的增加而降低。