火灾后焊接球网壳结构力学性能研究

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1、＿ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第—所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５结构工程学科专业：作者姓名：廖祥伟指导教师：刘红波副教授陈志华教授天津大学研究生院２０１６年１１月摘要网壳结构是大跨空间结构的主要结构形式之一，深入研究火灾升、降温作用下网壳结构的力学响应，对其抗火设计和火灾后的安全评估具有重要意义。本文对网壳结构中常用热轧钢和对接焊缝高温后的力学性能进行了试验研究，并对网壳结构火灾升降温全过程的力学响应进行了分析，主要的研究工作如下：首先对碳素结构钢(Q235)、低合金

2、高强度结构钢（Q345、Q420）和冷弯型钢（Q235）高温冷却后的残余力学性能进行了研究，考虑了11种不同温度和2两种冷却方式对不同材料的应变-应变曲线、弹性模量、屈服强度、极限强度、断后伸长率的影响，并根据试验结果对Q235、Q345、Q420热轧钢和Q235冷弯型钢高温后的弹性模量、屈服强度、极限强度的变化规律进行了公式拟合，为评估高温后钢材的残余力学性能提供依据。并对Q235-E4303、Q345-E5016两种不同强度的对接焊缝历经400,500,600,700,800℃高温和常温下的力学性能，考虑了6种不同温度对不同强度

3、的对接焊缝连接试件的力-位移曲线、屈服强度、极限强度和断后伸长率的影响，并根据试验结果对Q235-E4303、Q345-E5016对接焊缝连接试件高温后的屈服强度、极限强度的变化规律进行了公式拟合，为评估高温后对接焊缝连接的残余力学性能提供依据。其次采用ABAQUS建立有限元模型，对单层网壳结构火灾升降温过程的力学响应进行了研究。基于李国强教授提出的高大空间建筑火灾下的空气升温实用公式，考虑了材料非线性，几何非线性，研究了单层网壳结构火灾升降温全过程的温度场分布和位移、内力、支座反力。最后建立有限元分析模型，对工程实例——茌平体育馆

4、弦支穹顶叠合拱复合结构火灾升降温过程的力学响应进行了研究，分析了其火灾全过程的温度场分布和位移、杆件内力、索力、支座反力，并对比了不同火源位置以及叠合拱对结构力学性能的影响。关键词：钢材，焊缝，网壳，火灾后，力学性能IABASTRACTThereticulatedshellstructureisoneofthemainstructuralformsofthelong-spanspacestructure.Studyingthemechanicalresponseofthereticulatedshellunderfireorafte

5、rfireplaysasignificantroleinevaluatingitssafetyundercorrespondingconditions.Inthispaper,themechanicalpropertiesofhot-rolledsteelandbuttweldsafterreheatingarestudiedexperimentally,andthemechanicalresponseofthereheatingprocessofthereticulatedshellisanalyzed.Themainresear

6、chworkincludes:Anexperimentalinvestigationwasconductedtorevealthepost-firemechanicalpropertiesofhot-rolledQ235,Q345,andQ420steelsaswellasofcold-formedQ235steelsthatunderwentdifferentlevelsofcoldworking.Specimenswereheatedtovariouspreselectedtemperaturesupto1000°Candsubs

7、equentlycooleddowntoambienttemperatureviatwodifferentmethods,namely,airandwatercooling.Tensilecoupontestswereperformedtoobtainthepost-firestress–straincurves,elasticmoduli,yieldstrengths,ultimatestrengths,andductility.Newpredictiveequationsthatincorporatedtheinfluencesof

8、variouscoolingmethodsweredevelopedtoevaluatethepost-firemechanicalpropertiesofbothhot-rolledandcold-formedsteelsstudie