局部火災(zāi)下正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中桿件的約束效應(yīng)研究.pdf

1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是大跨度建筑結(jié)構(gòu)常用形式之一，其建筑火災(zāi)時有發(fā)生。關(guān)于影響網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗火性能的關(guān)鍵參數(shù)已有了系統(tǒng)研究，但對于局部火災(zāi)下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的失效機理還未有細致深入的研究。局部火災(zāi)下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中低溫部分的桿件對高溫部分桿件的熱膨脹有約束作用，產(chǎn)生了附加溫度應(yīng)力，而受約束桿件高溫下屈曲后仍具有一定的承載力。本文分析桿件間約束效應(yīng)的目的是為了定量得出桿件的軸向約束剛度，具體研究工作與成果如下。
　　(1)基于非經(jīng)典板理論，本文將網(wǎng)架上、下弦桿

2、系分別連續(xù)化，并分別以上、下弦桿層為研究對象，建立了平面應(yīng)變基本微分方程，求解得到上、下弦桿層的平面應(yīng)變?？紤]簡支位移邊界條件，由上、下弦桿層的幾何方程，求得上、下弦桿層在常溫下的面內(nèi)位移解析解。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在常溫下的撓度擬夾層板法中已經(jīng)給出。
　　(2)在恒載升溫條件下，彈性模量將隨溫度的升高而減小，同時上、下弦桿層及腹桿層將產(chǎn)生熱膨脹。針對這種高溫下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，對常溫下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)面內(nèi)位移和撓度解析解中的彈性模量進行修正，并線性疊加高

3、溫下的熱膨脹量，得到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在均勻升溫歷程中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)瞬態(tài)面內(nèi)位移和撓度解析解。
　　(3)局部火災(zāi)下的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其升溫邊界條件為非均勻溫度場。在非均勻溫度場中，任取上、下弦桿層的面內(nèi)微元，假定微元內(nèi)溫度均勻分布，利用均勻溫度場下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)面內(nèi)位移和撓度解析解，求得該微元的面內(nèi)位移和撓度，以微元到火源中心軸的距離為積分區(qū)間，積分可得非均勻升溫歷程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)瞬態(tài)面內(nèi)位移和撓度解析解。
　　(4)將桿件節(jié)點幾何坐標代入非均勻溫度場

4、中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)面內(nèi)位移和撓度解析解，可得節(jié)點面內(nèi)位移和撓度。在局部火災(zāi)下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點位移變化是由彈性模量的衰減、熱膨脹和桿件間約束共同作用造成的。其中，節(jié)點位移公式僅考慮了彈性模量的衰減、熱膨脹引起的位移變化;數(shù)值分析方法所得到的節(jié)點位移則考慮了彈性模量的衰減、熱膨脹和桿件間約束的綜合作用。節(jié)點位移數(shù)值解與解析解之差即為桿件因約束產(chǎn)生的軸向變形△S，再由數(shù)值分析得到的因約束效應(yīng)產(chǎn)生的桿件附加溫度軸力△N，即可得到桿件產(chǎn)生單位軸向約束變形所