高温下与高温后拉索力学性能试验研究与数值模拟

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1、高温下与高温后拉索力学性能试验研究与数值模拟Experimentalstudyandnumericalsimulationofmechanicalpropertiesofcablesunder/afterhightemperature第十五届高等院校霍英东青年教师基金：火灾后网架结构残余力学性能与安全评估方法研究工程领域：建筑与土木工程作者姓名：樊泽源指导教师：刘红波副教授陈志华教授企业导师：何彩云高级工程师天津大学建筑工程学院二零一七年十一月摘要索结构一般为人流密集的建筑，为建筑火灾高发场所；索是其中的常用构件，研究索在高温下及高温后的力学性能，为科

2、学地进行结构的抗火设计提供依据，具有十分重要的意义。本文针对高强钢丝、七丝钢绞线以及索锚节点的高温下及高温后的有关力学性能进行研究，并利用有限元软件对钢绞线的性能进行数值模拟。对于钢绞线和高强钢丝：完成了高温下、零载高温后与负载高温后三种拉伸试验，得到了高强钢丝和钢绞线的本构关系曲线与力学性能指标，拟合出材料在高温下的性能变化规律；完成了高温下的蠕变试验，得到了高强钢丝和钢绞线的蠕变关系曲线，拟合出材料在高温下的蠕变性能规律；通过有限元模拟得到了钢绞线的应力分布情况并与试验得到的拉伸性能和蠕变性能进行对比。对于拉索构件中常用的热铸锚节点，完成了高温下的

3、拉伸试验，得到拉索及节点的拉伸性能曲线与承载力，得到了高温下整个拉索构件的性能变化规律。通过试验和分析得到以下主要结论：（1）用于拉索的高强钢材的高温下强度从300℃开始有明显降低，400℃时约为常温下的50%，600℃时已不足10%，可以认为基本丧失承载能力；在受到高于400℃的高温后强度开始有减弱，在700℃时降低至最小值，约为常温下30%，且强度折减程度随受热时间的增长而增大。（2）在温度达到300℃以上时钢绞线开始有明显的蠕变现象，而在温度较低时，仅在应力比较大时才会发生较大的蠕变变形，各温度下蠕变变形与材料的应力和蠕变时间均为幂函数关系；（3

4、）热铸锚节点由于其浇铸料的熔点较低，在高温下无法提供可靠锚固，节点会先于索体破坏，无法充分发挥拉索材料的承载能力。在索结构的抗火设计中，需要将使用热铸锚拉索构件的承载力按节点的承载力考虑。关键词：高温，钢绞线，高强钢丝，热铸锚，拉伸，蠕变IABSTRACTGenerally,cablestructuresarecrowdedbuildings,asahighincidenceofbuildingfireoccurs.Cableisacommonstructuralcomponentofcablestructures.Itisofgreatsignifi

5、cancetostudythemechanicalpropertiesofcablecomponentsunderhightemperatureandafterhightemperature,andprovidescientificbasisforthefireresistancedesignofcablestructures.Inthispaper,theresearchofmechanicalpropertiesofhighstrengthsteelwire,seven-wiressteelstrandandcableanchorjointunde

6、rhightemperatureandafterhightemperaturewerecarriedout,andtheperformanceofsteelstrandwassimulatedbyusingfiniteelementmethod.Forsteelstrandandhighstrengthsteelwire:thetensiletestunderthreeconditionswascompleted,includingunderhightemperature,afterhightemperaturewith/withoutload.The

7、constitutiverelationcurvesandmechanicalpropertiesofhigh-strengthsteelwireandsteelstrandwereobtained,andthelawofmaterialperformanceathightemperaturewasfitted;Thecreeptestofsteelwireandsteelstrandunderhightemperaturewascompleted,thecreeprelationcurvesofsteelwireandsteelstrandwereo

8、btained,thecreepbehaviorunderhightemperaturewas