軸向與截面非均勻溫度場(chǎng)對(duì)某固支鋼梁最大撓度影響研究.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)建筑因具有強(qiáng)度高、重量輕、材質(zhì)均勻、工業(yè)化程度高、施工周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，尤其是在一些高層、大跨度和重荷載建筑中，但是耐火性能差是一個(gè)顯著缺點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼梁的抗火設(shè)計(jì)進(jìn)行過(guò)大量數(shù)值模擬研究，但大都假設(shè)溫度場(chǎng)軸向均勻分布，與真實(shí)火災(zāi)環(huán)境差異較大，有必要對(duì)其在更接近真實(shí)火災(zāi)環(huán)境下的響應(yīng)特性進(jìn)行研究。
　　 固支鋼梁是目前比較常用的一種鋼構(gòu)件，因此本文選取某12m 長(zhǎng)固支鋼梁作為研究對(duì)象，利用ANSYS 有限

2、元分析軟件分析其在軸向與截面非均勻溫度場(chǎng)下的火災(zāi)響應(yīng)特性進(jìn)行分析，主要考慮最大撓度，并與軸向均勻溫度場(chǎng)進(jìn)行比較。
　　 然后從溫度荷載和力荷載兩個(gè)方面分析其對(duì)鋼梁最大撓度的影響，同時(shí)進(jìn)行安全可控范圍分析。主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　　 1）利用目前國(guó)際通用的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件FDS 進(jìn)行實(shí)體建模，布置熱電偶測(cè)點(diǎn)分析得到室內(nèi)溫升曲線，并與ISO-834 標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線和BFD 自然火災(zāi)溫升曲線進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：三

3、者整體較為接近，考慮到ISO-834 標(biāo)準(zhǔn)溫度—時(shí)間曲線的通用性和權(quán)威性，本文仍選用其作為室內(nèi)溫升曲線。
　　 2）利用ANSYS 有限元分析軟件，保證最高溫度（Tmax=688.4℃）、最低溫度（Tmin=352.7℃）和荷載（64.8 q KN/m）不變，分別分析鋼梁在軸向均勻、軸向非均勻和截面均勻、軸向和截面非均勻三種溫度場(chǎng)下的最大撓度并進(jìn)行比較。結(jié)果表明：當(dāng)溫度場(chǎng)軸向非均勻和截面均勻時(shí)，隨著TmaX位置從端部到中間，最大

4、撓度逐漸減小，在距離端部1/4 處有突增；在軸向均勻溫度場(chǎng)、軸向和截面非均勻溫度場(chǎng)、軸向非均勻和截面均勻溫度場(chǎng)這三種溫度場(chǎng)下，鋼梁的最大撓度依次減小。
　　 3）利用ANSYS 有限元分析軟件，保證最高溫度（Tmax=688.4℃）和力荷載（q=64.8KN/m）不變，通過(guò)改變溫差大小分析溫度荷載對(duì)最大撓度的影響。
　　 結(jié)果表明：軸向非均勻溫度場(chǎng)下，最大撓度均隨著溫差的增大而逐漸減小，但是截面同時(shí)分段減小的更快；僅在軸

5、向分段時(shí)相同溫差所引起的最大撓度較大，且兩溫度場(chǎng)之間最大撓度差值隨著溫差的增大而增大；截面同時(shí)分段溫差貢獻(xiàn)更大，即較小溫差能引發(fā)較大最大撓度。
　　 4）利用ANSYS 有限元分析軟件，保證最高溫度（Tmax=688.4℃）和最低溫度（Tmin=352.7℃）不變，分析力荷載對(duì)最大撓度的影響。結(jié)果表明：軸向均勻溫度場(chǎng)下：最大撓度的減小速率隨著力荷載的減小而減小，相應(yīng)耐火時(shí)間隨著力荷載的降低而增加，當(dāng)32.4 q≤KN/m 時(shí)，鋼

6、梁不會(huì)發(fā)生失效。軸向非均勻溫度場(chǎng)下：最大撓度均隨著力荷載的增大而增大，剛開(kāi)始增加速度截面同時(shí)分段大于僅在軸向分段，在q=64.8KN/m后逆轉(zhuǎn)；截面同時(shí)分段最大撓度均大于僅在軸向分段，且兩者之間最大撓度差值隨著力荷載的增加先增加后減?。唤孛嫱瑫r(shí)分段力荷載貢獻(xiàn)更大，即較小力荷載能引發(fā)較大最大撓度。
　　 5）根據(jù)溫度荷載和力荷載對(duì)鋼梁進(jìn)行安全可控范圍分析。軸向非均勻溫度場(chǎng)下，給出場(chǎng)景失效臨界點(diǎn)（X，Y），根據(jù)溫度荷載（X）和力荷載