预应力钢梁高温环境下的力学特征有限元分析

《预应力钢梁高温环境下的力学特征有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、预应力钢梁高温环境下的力学特征有限元分析孙强钱军龙田伟（安徽建筑大学土木工程学院，合肥，230601）摘要：采用有限元方法研究预应力钢梁在受火条件下，一定时间段内构件的温度分布状况及其变化，在热分析的前提下，进行构件的热力效应分析。并将相应工况的力学特性研究与理论计算结果进行对比分析，从而进一步探索预应力钢梁在火灾（高温）条件下损伤机理。研究表明：温度高低、荷载形式、梁端约束、预应力损失、拉索布置高度等因素对钢梁的力学特性产生较大影响。所得结论可为预应力钢结构抗火设计提供参考。关键词：预应力钢梁，高温(火灾)，预应力损

2、失，变形特性，温度，钢索中图分类号：TU352文献标识码：ATheFiniteElementAnalysisofMechanicsPropertiesofPrestressedSteelBeamonHighTemperature(Fire)ConditionSunQiangQianJunLongTianWei(collegeofCivilEngineeringofAnhuiAnhuiJianZhuUniversity,Hefei,230601，china单位英文名称应以学院网站官方翻译为准！)Abstract:Usin

3、gFEMtoanalysethetemperaturedistributionandvariationofprestressedsteelbeamunderfireduringacertainperiod.Basedonthermalanalysis,thethermaleffectofmemberswasanalyzedandcomparedwiththetheoreticalresultsforfurtherexploringthedamagemechanismofprestressedsteelbeamunder

4、hightemperaturecondition.Theresultshowthattemperaturelevel,loadform,therestrictionofthebeamend,prestressloss,heightarrangementofthelasso,etchasgreateffectsonthemechanicalpropertiesofthesteelbeam.Theconclusioncanprovidereferenceforthefire-resistancedesignofprestr

5、essedsteelstructure.KeyWord:prestressedsteelbeam,hightemperature(fire),lossofprestress,mechanicalproperties,temperature,wirerope0.引言预应力受压钢构件有节约材料，减轻自重，降低成本的特点，但钢材没有较强的耐火性，火灾发生时可对建筑结构造成严重破坏，因而对其进行抗火设计十分必要。钢结构抗火问题自20世纪70年代起被国内外专家进行了大量研究与探索[1]-[14]。因为结构钢的机械性能和物理性能受

6、高温影响变化较大，所以当火灾突然发生后，结构承载力势必降低，构件变形也将随之加大，在一定时间范围内结构就有可能达到极限承载力状态而倒塌，而结构抗火性能研究的目标就是讨论保证结构在假定的火场条件下，在规定的升温时间内，不至于达到变形的极限值以及结构失稳破坏，以避免危害到人民的生命财产安全。相基金项目:国家重点基础研究发展计划项目（2012CB719703），安徽高校省级自然科学研究重大项目（KJ2014ZD06），安徽省自然科学基金（1408085QE96）。作者简介:孙强，男，1963年出生，教授，博士后，主要从事钢结

7、构抗火理论与安全评估方面的研究。Email:sunqiang@ahjzu.edu.cn比较钢结构构件，预应力钢结构由于构件事先张拉所蕴藏的巨大应变能使其在高温下的状态更不稳定，随着预应力钢结构体系在大型公共建筑中的应用逐渐广泛，预应力钢结构技术逐渐成熟，然而国内对其构件抗火性能的研究相对较少。本文采用有限元软件建模分析高温火灾下预应力钢梁的力学特征和火灾参数及预应力损失对预应力钢梁变形的影响，并以实例进行说明，为工程结构抗火设计提供参考。1.高温（火灾）下预应力钢梁的热分析方法构件在火灾作用下其内部温度场将重新分布并产

8、生热应力，而且处在高温环境下构件的材料性能（强度、弹性模量等）将会发生改变，这些都是在力学特性分析时需要考虑的问题，在研究高温（火灾）下预应力钢梁抗火分析时须考虑热和力两方面的相互作用及交叉影响，即热力耦合分析。1.1建立模型并划分网格选择适用于瞬态热分析的低阶热分析实体SOLID70单元来建立构件模型，创建模型的方式有多种，本章