基于ABAQUS的高温下端板拼接钢梁整体稳定性分析

摘要

近年来，绿色环保的钢结构建筑在我国逐渐受到热捧，而耐火性差、火灾损失严重的问题已不容忽视，这也在一定程度上制约了钢结构建筑的大面积推广应用。拼接钢梁作为一种常见的结构形式，广泛应用于门式刚架工业厂房、大型商品交易市场、物流仓库等大跨空间结构，一方面，此类建筑发生火灾的概率较一般民用建筑高出很多，另一方面，高温下由于材料力学性能退化而使钢梁弯扭屈曲临界承载力大幅降低，而钢梁的整体稳定往往又控制着钢梁的破坏，因此研究这种特殊钢梁在高温下的稳定承载力具有重要意义。
　　本文首先根据其他学者试验数据对相似研究模型进行了有限元验证。然后以实际工程中一拼接倾斜钢梁为基础建模，对其简化后，考虑几何非线性、材料非线性和焊接残余应力分布，得到了20—700℃区间内不同温度下的拼接钢梁稳定承载力，同时按照中国规范CECS200：2006和欧洲规范EC3：1.2计算公式得到了高温下普通钢梁的稳定承载力。对比结果表明随着温度升高，规范计算值相比有限元结果偏高，拼接钢梁相比普通钢梁整体稳定承载力有所提高，且提高系数随温度变化而不同，500℃时最大提高值为9.2％。随后关于节点弯曲转动刚度对钢梁整体稳定影响的分析表明不同转动刚度下，钢梁稳定承载力差别很小。参考常温下设有槽钢加劲肋钢梁整体稳定承载力提高理论，对拼接钢梁的整体稳定承载力提高进行了理论解释和分析。
　　随后针对拼接钢梁相比普通钢梁整体稳定承载力的提高作用，研究了荷载形式、节点位置、温度非均匀分布、截面变化、初始几何缺陷及梁跨度6个参数对不同温度下提高系数的影响，参数分析结果表明截面温度梯度、最高温度和梁跨度是影响拼接钢梁稳定承载力提高的主要因素。最后，依据参数分析结果，研究了拼接钢梁稳定承载力设计方法，通过数据拟合，得到了形式简单、精确度高的提高系数计算公式，为后续工程应用奠定了基础。
　　本文的创新点主要体现在以下三方面：1）用有限元ABAQUS分析了高温下带有端板节点拼接钢梁的整体稳定性能；2）依据能量法原理推导出了拼接钢梁弯扭屈曲临界弯矩的理论解；3）根据参数分析结果，通过数据拟合，得到了拼接钢梁相对普通钢梁稳定承载力提高系数计算公式，并提出了便于应用的工程设计方法。

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符号

1 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2结构抗火设计方法

1.3国内外研究现状

1.4本文的研究内容

2 高温下钢材特性与火灾下拼接钢梁温度场

2.1 高温下钢材的材料特性

2.2火灾下钢梁的温度场分布

2.3本章小结

3 高温下拼接倾斜钢梁整体承载力计算与有限元分析

3.1 稳定问题基本理论

3.2 常温下普通钢梁弯扭屈曲理论解

3.3 高温下普通倾斜钢梁的规范方法计算

3.4 ABAQUS 拼接钢梁整体稳定有限元分析

3.5 有限元与规范计算结果对比分析

3.6 瞬态温度-荷载耦合分析结果

3.7 高温下拼接钢梁整体稳定承载力提高分析

3.8 本章小结

4 高温下拼接钢梁稳定承载力参数分析与设计方法研究

4.1 引言

4.2 荷载类型对拼接钢梁整体稳定的影响

4.3 节点位置对拼接钢梁整体稳定的影响

4.4 截面温度非均匀分布对拼接钢梁整体稳定的影响

4.5 变截面对拼接钢梁整体稳定的影响

4.6 初始几何缺陷对拼接钢梁整体稳定的影响

4.7 梁跨度对拼接钢梁整体稳定的影响

4.8 高温下端板拼接钢梁整体稳定承载力设计方法研究

4.9 本章小结

5 研究结论与展望

5.1 主要结论

5.2 本文创新点

5.3 后续研究展望

致谢

参考文献