局部火災下受約束鋼柱抗火性能

《局部火災下受約束鋼柱抗火性能》是依託山東大學，由王培軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：局部火災下受約束鋼柱抗火性能
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王培軍
• 依託單位：山東大學

中文摘要

採用準確可靠的方法對結構進行抗火設計，可避免或減小建築火災導致的直接和間接損失。國內外現行結構抗火設計規範主要基於單獨構件抗火性能的研究成果。然而，局部火災下或考慮火災蔓延效應，不同鋼柱升溫速度不同，一方面高溫鋼柱的熱變形受到約束；另一方面，構件剛度比發生變化，結構發生內力重分布，因此必須考慮結構整體性的影響。同時，由於隔牆等非結構構件的保護，局部火災下鋼柱的截面溫度可能不均勻。目前已經有對受約束鋼柱抗火性能的研究，但主要集中在火災下受約束鋼柱彎曲屈曲方面，且假設鋼柱所受約束不變，及鋼柱長度和截面方向溫度均勻。另外，給出的受約束鋼柱抗火分析方法是建立在數值計算結果上的回歸公式，公式係數沒有明確的物理意義。本項目擬基於壓彎構件彈塑性屈曲分析理論，研究受約束鋼柱抗火性能分析方法，並考慮鋼柱截面溫度不均勻的影響。通過9個受約束鋼柱抗火試驗對理論模型進行驗證，以建立更準確可靠的鋼柱抗火分析理論。

結題摘要

採用試驗與理論研究方法，對局部火災下受約束鋼柱的受力性能、破壞準則、高等分析方法、及屈曲溫度和破壞溫度的簡化計算方法進行了研究。進行了三組共9根足尺受約束鋼柱抗火性能試驗，研究參數包括約束剛度比和截面溫度梯度等。試驗採用標準火災升溫，量測了受約束鋼柱的溫度分布，軸力發展，軸向變形，撓度變形和鋼柱扭轉變形等，為理論的驗證提供了試驗依據。建立了受約束鋼柱受力分析有限元模型，利用本項目試驗及國內外其他試驗資料，對單元類型，單元格線尺寸，材料模型，求解方法等對計算結果的影響。依據有限元模型，對局部火災下考慮截面溫度分布情況的鋼柱進行了參數分析，研究參數包括：受約束鋼柱的荷載比，約束剛度比，長細比，溫度分布情況等對鋼柱屈曲溫度和破壞溫度的影響，以及對受約束鋼柱彎扭屈曲性能的影響。依據大變形狀態下樑柱彎曲理論，建立了受約束鋼樑在火災下的理論分析模型，以節點轉角和弧線坐標作為基本參數，並考慮截面溫度分布情況，求解鋼樑在火災升溫全過程下的軸力發展，軸向變形，撓度變形和鋼柱扭轉變形等。在試驗研究、理論分析和有限元參數模擬的基礎上，建立了受約束鋼柱在升溫下屈曲溫度和臨界溫度的簡化計算方法。建立了更準確可靠的鋼柱抗火分析理論。在上述研究的基礎上，發表論文16篇，出版專著1部，申報國家專利2項。培養碩士研究生4名，其中1名已畢業，另3名將與2014年6月畢業。