论文部分内容阅读
为充分发挥钢材强度高的特点,钢构件的长细比一般较大,截面选择较为开展,构件的承载力多由整体或局部稳定性能控制。对于轴压构件在高温下的整体稳定承载力,《建筑钢结构防火技术规范》CECS200给出了相应的计算方法;对构件在高温下的局部稳定承载力,CECS200则没有这方面的条文。在近些年发生的建筑钢结构火灾和国内外的抗火试验中,观察到了构件在高温下的局部屈曲现象。因此,研究构件在高温下的局部稳定性能有重要的理论和实用意义。另一方面,和普通钢材相比,高强钢材在生产标准,冶炼工艺和组成元素等方面的差别,导致了两种构件在常温和高温下的受力性能有所不同,因此有必要对普通钢构件和高强钢构件分别进行研究。本文对12个轴心受压短柱做了常温和高温下的局部稳定试验,并在试验的基础上建立了有限单元模型,采用经试验验证的有限单元模型计算了不同截面短柱在高温下的局部稳定承载力,并在有限元计算的基础上提出了轴压构件高温下局部稳定承载力的简化计算方法,其主要内容和结论如下:(1)材料性能:对试验构件的Q235钢材和Q460钢材做了材性试验,总结了国内外规范和学者对Q235钢材及Q460钢材在高温下的材性研究成果。(2)理论分析:介绍了国内外学者关于板件稳定承载力的研究成果,并将常温下的局部稳定承载力计算理论拓展到高温下的局部稳定承载力计算。(3)Q235和Q460轴心受压柱局部稳定性能试验:针对Q235轴压构件翼缘屈曲,腹板屈曲以及Q460轴压构件翼缘和腹板屈曲四种情况分别进行了常温,450℃,650℃的恒温加载试验,得到了构件在高温下的局部稳定承载力,荷载位移曲线,荷载挠度曲线等数据。(4)有限元分析:建立了试验构件的有限单元模型,计算了构件在高温下的局部稳定承载力,与试验结果吻合良好。在此基础上采用经过验证的简化模型,计算了不同截面,不同温度下的局部屈曲应力,并分析了腹板翼缘相互作用和初始缺陷这两个因素对构件承载力的影响。(5)在有限元分析的基础上提出了Q235轴压构件和Q460轴压构件高温下局部稳定承载力的简化计算方法,对Q235构件,该简化计算方法偏于保守,对Q460构件,温度为650℃或者更高时,可能导致计算结果偏大。(6)根据整体稳定应力和局部稳定应力相等,分别给出Q235H型截面和Q460H型截面腹板高厚比和翼缘宽厚比限值,并和常温下的限值进行了比较:对Q235H型截面,高温下的腹板宽厚比限值和翼缘高厚比限值较常温下小。对Q460H型截面,长细比较小时,高温下的腹板高厚比和翼缘宽厚比限值较常温下小,长细比较大时,高温下的腹板高厚比和翼缘宽厚比限值较常温下大。上述研究成果表明:理想弹塑性的应力应变关系模型不能用于计算轴心受压钢构件在高温下的局部稳定承载力,必须考虑材料非线性的影响;高温下,翼缘对腹板的约束作用较为明显,必须定量考虑这种约束作用;对于中等厚度板件的截面,常温下,构件的承载力由强度或者整体稳定控制,高温下,其承载力可能转由局部稳定控制。