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多年来,特别是“9.11”事件后,钢结构建筑的防火、抗火问题日益受到国内外学者的关注,并取得了大量的研究成果。作为大型钢结构建筑承重构件的钢拱结构和波纹腹板钢梁结构,其在火灾高温下的抗火性能研究,在最近几年也受到了大家的重视。本文在总结和参考国内外相关研究成果的基础上,主要进行了以下几个方面的研究工作:
(1)总结了目前火灾高温下钢结构构件温度场的计算分析方法以及高温下结构钢的热物理性能和力学性能,为后续各章高温下钢结构构件的力学性能分析奠定基础。
(2)基于弹性理论,分析了火灾条件下两铰圆弧钢拱在平面内、外的稳定性,给出了高温下两铰圆弧拱的弹性失稳临界荷载、失稳临界系数和临界圆心角的计算表达式,提出在进行火灾高温下两铰圆弧钢拱的力学性能分析时,应根据火灾燃烧不同时刻钢拱临界圆心角或失稳临界系数的变化,并考虑火灾温度对结构内力和材料力学性能的影响,才能准确地判断其所处的受力状态。
(3)在具体算例中,对火灾燃烧不同时刻两铰圆弧钢拱的平面内失稳临界系数、临界圆心角和结构竖向变形的变化进行了数值计算和模拟分析,并与国外相关文献的分析结果进行了对比。
(4)分析了火灾高温下波纹腹板钢梁的剪切屈曲模式,给出了波纹腹板钢梁在三种不同屈曲模式下的临界剪切屈曲应力和临界剪切屈曲系数的计算表达式,并通过算例分析了波纹腹板钢梁临界剪切屈曲应力和临界剪切屈曲系数随火灾高温的变化趋势,提出在进行火灾高温作用下的波纹腹板钢梁的力学性能分析时,应首先根据钢梁临界剪切屈曲系数的变化,分析其在火灾燃烧不同阶段的受力状态。