不銹鋼梁抗火性能的理論分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、近年來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑行業(yè)呈現(xiàn)出日新月異的風(fēng)貌，新材料和新技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了前所未有的進(jìn)步。不銹鋼因其良好的力學(xué)性能、超強(qiáng)的耐腐蝕性能和完美的外觀，受到了當(dāng)今建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞。然而，建筑火災(zāi)作為人類自然災(zāi)害之一，近年來頻繁發(fā)生，火災(zāi)作用下建筑結(jié)構(gòu)的安全性面臨前所未有的挑戰(zhàn)。不銹鋼結(jié)構(gòu)作為新型建筑材料結(jié)構(gòu)，往往由于具有良好的外觀效果，一般不采用任何防火措施，其在火災(zāi)作用下的受力性能顯得尤為重要。目前，我國

2、對(duì)高溫下不銹鋼材料的力學(xué)性能研究相對(duì)較少，對(duì)火災(zāi)作用下構(gòu)件的抗火性能研究幾乎空白?；谏鲜霰尘埃疚膶?duì)不銹鋼梁抗火性能開展了試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬分析，揭示了不銹鋼梁在火災(zāi)下的受力性能與破壞機(jī)理，并給出了不銹鋼梁的抗火設(shè)計(jì)方法。
　　基于國產(chǎn)奧氏體不銹鋼材料S30408，本文進(jìn)行了3個(gè)常溫下的力學(xué)性能試件試驗(yàn)研究，18個(gè)高溫穩(wěn)態(tài)下的力學(xué)性能試件試驗(yàn)研究，2個(gè)自由膨脹試件試驗(yàn)研究和26個(gè)高溫瞬態(tài)下的力學(xué)性能試件試驗(yàn)研究。材料力學(xué)性能試驗(yàn)

3、結(jié)果表明:Rasmussen推薦的修正的兩階段Ramberg-Osgood材料模型能夠很好地模擬常溫下不銹鋼材料的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，Ju Chen推薦的修正的兩階段Ramberg-Osgood材料模型能夠很好地模擬高溫穩(wěn)態(tài)下不銹鋼材料的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，但兩個(gè)模型中的硬化指數(shù)n和nθ以及參數(shù)m和mθ均需依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正;采用瞬態(tài)試驗(yàn)方法獲得的不銹鋼材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線與穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果存在一定的差異，在600℃范圍內(nèi)，差異不是很

4、明顯，當(dāng)溫度超過600℃時(shí)，兩者差異隨溫度升高而逐漸增大。
　　為了考察火災(zāi)作用下不銹鋼梁的受力性能，本文在常溫和高溫不銹鋼材料力學(xué)性能的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，又開展了6根矩形管不銹鋼梁的抗火性能試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)研究揭示了不銹鋼梁在火災(zāi)作用下的破壞機(jī)理與破壞過程，得到了各個(gè)不銹鋼梁試件的表面溫度-時(shí)間曲線、跨中豎向變形-時(shí)間曲線和臨界溫度，以及水平抗火試驗(yàn)爐的爐溫曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明:荷載比對(duì)火災(zāi)下不銹鋼梁抗火性能的影響較為明顯;荷載比一定

5、時(shí)，試件截面高度的不同會(huì)影響不銹鋼梁的抗火性能，但影響較小。
　　采用有限元軟件ABAQUS對(duì)試驗(yàn)中不銹鋼梁試件的抗火性能進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，并將分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩者吻合較好，從而驗(yàn)證了有限元分析方法的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)影響不銹鋼梁抗火性能的關(guān)鍵因素進(jìn)行了參數(shù)化分析。分析結(jié)果表明:本文的有限元模型能夠較準(zhǔn)確地反映實(shí)際不銹鋼梁的抗火性能，其中影響不銹鋼梁抗火性能的關(guān)鍵因素是截面最大彎矩和截面抵抗矩。
　　本