轴心受压及偏心受压不锈钢柱抗火性能试验研究

摘要

随着我国经济的迅速发展，人们对建筑外观要求越来越高。不锈钢以其良好的力学性能、完美的表面装饰性、超强的耐腐蚀性，在建筑领域越来越受到建筑师与结构工程师的青睐。目前我国对高温下不锈钢材料力学性能和结构构件的性能研究甚少，本文基于上述背景对轴心受压及偏心受压不锈钢柱抗火性能开展了抗火性能试验研究。 基于国产的奥氏体不锈钢材料S30408，本文分别开展了6个常温和16个高温下不锈钢材料力学试验。材料力学性能试验结果表明:Rasmussen推荐的修正的两阶段Ramberg-Osgood材料模型能够很好地模拟常温下不锈钢材料的非线性应力-应变关系，Ju Chen推荐的修正的两阶段Ramberg-Osgood材料模型能够很好地模拟高温温下不锈钢材料的非线性应力-应变关系，但两个模型中的硬化指数n和参数m均需依据试验数据进行修正。 基于常温和高温不锈钢材料力学性能试验结果，本文分别开展了6根轴心受压和2根偏心受压不锈钢柱的抗火性能试验。试验得到了各个不锈钢柱试件的轴向变形-时间曲线、试件表面温度-时间曲线、试件临界温度和破坏模式。试验结果表明:荷载比和偏心距对不锈钢柱抗火性能的影响较为明显;厚度一定时，试件截面宽厚的增大会影响火灾下不锈钢柱的破坏模式。 采用有限元软件ABAQUS对文中轴心受压与偏心受压不锈钢柱试验试件的抗火性能进行了模拟分析，在此基础上对影响不锈钢柱试件抗火性能的影响因素进行了参数化分析，分析结果表明:采用材料力学性能试验获得的不锈钢材料本构关系和合理的分析模型，本文的有限元模型能够较准确地反映不锈钢柱的抗火性能。 本文最后对现有不锈钢柱抗火设计方法进行介绍，并在现有设计方法的基础上，拟合出轴心受压不锈钢柱抗火计算公式，分别采用拟合出的计算公式与现有计算公式对本文轴心受压试验试件的临界温度进行计算，计算结果表明本文拟合公式有较好的精度，能够准确地预测不锈钢柱试件高温下承载力;最后通过偏心受压试件试验结果和有限元参数化分析结果与现有偏心受压不锈钢柱抗火设计公式进行对比分析，分析结果表明现有设计方法计算结果较为保守，但由于试验数量较少，关于偏心受压不锈钢柱抗火设计需进一步的研究与完善。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

§1．1 研究背景

§1．1．1 火灾的危害

§1．1．2 结构抗火设计方法

§1．1．3 不锈钢的发展与分类

§1．1．4 不锈钢在建筑领域应用

§1．1．5 我国不锈钢的发展与应用

§1．2 国内外研究现状

§1．2．1 常温下不锈钢材料力学性能研究

§1．2．2 高温下不锈钢材料力学性能

§1．2．3 不锈钢试件抗火性能研究

§1．3 研究意义

§1．4 研究内容及方法

参考文献

第2章 常温及高温下不锈钢材料力学性能试验研究

§2．1 概述

§2．2 常温材料力学性能试验

§2．3 高温材料力学性能试验

§2．4 本章小结

参考文献

第3章 不锈钢柱抗火性能试验研究

§3．1 概述

§3．2 不锈钢柱火灾试验

§3．2．1 试验设备及测量仪器

§3．2．2 试验试件设计与制作

§3．2．3 不锈钢柱初始弯曲测量

§3．2．4 试验步骤

§3．2．5 测量内容

§3．2．6 试验现象

§3．2．7 试验结果

§3．2．8 试验数据分析与处理

§3．3 本章小结

参考文献

第4章 不锈钢柱抗火性能有限元分析

§4．1 概述

§4．2 热力耦合分析方法

§4．3 有限元分析模型建立

§4．3．1 线弹性屈曲分析模型

§4．3．2 承载力分析模型

§4．3．3 传热分析模型

§4．3．4 抗火性能分析模型

§4．4 火灾下不锈钢柱试件有限元模拟

§4．4．1 试件表面温度-时间关系曲线

§4．4．2 柱轴向变形-时间关系曲线

§4．4．3 临晃温度

§4．4．4 破坏形态

§4．5 不锈钢柱抗火性能影响因素分析

§4．5．1 初始缺陷e0

§4．5．2 荷载比n

§4．5．3 试件长度L0

§4．5．4 偏心距e

§4．6 本章小结

参考文献

第5章 不锈钢柱抗火设计方法

§5．1 概述

§5．2 轴心受压不锈钢柱的抗火设计方法

§5．2．1 现有设计公式介绍

§5．2．2 假想模型公式

§5．2．3 有限元参数化分析

§5．2．4 拟合公式

§5．2．5 拟合公式与试验结果对比

§5．3 偏心受压构件

§5．3．1 现有设计公式介绍

§5．3．2 规范与试验结果对比

§5．3．3 有限元参数化分析

§5．4 本章小结

参考文献

第6章 结论与展望

§6．1 结论

§6．2 展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文