温度变化对钢梁受力性能的影响

涌现。这些大型的钢结构 屋盖平 面尺寸大 、 结构形 式复 杂 ， 它们
所受到的温度作用不 容忽视 。杆件 中的温度应 力在某 些情况 下
占到材料强度的相当比重 ， 温度作用参 与的工况组合有时候会成
为控制组合 ， 温度作用在结构 中产 生的节点位移非常可观 。现 阶
段 国内很多大规模 的钢结构工程 ， 例如 国家 体育场… 、 北京 Ａ ８ ３０ 机库 【３以及广州新火车站 等 ， 单独进行 了温度作用 对结构 ２ ｌ 都
第３ ７卷 第 ｌ ７期
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４ ・ ６
２０１ １年 ６ 月
Ｓ ＮＸＩ ＡＲ ＨＩ Ｅ Ｔ Ｅ ＨＡ Ｃ Ｔ Ｃ ＵＲ
山 西 建 筑
Ｖ０１３ ．１ ． ７ Ｎｏ ７
Ｊｎ ｕ ． ２ １ ０１
文章编号 ：０ ９６ ２ （０ １ １ －０ ６０ １０ －８ ５ ２ １ ）７ ０ ４ —４
拱稳定性影响不大。 Ｂａｆｒｌ． ｒｄｏｄｌ ”利用 能量原理对梁柱等构件在温度荷载作用下 Ｄ
的弹 性 性 能 以 及对 圆弧 拱 的 屈 曲性 能进 行 了研 究 。
ｍ
＝ ÷（ ， ＝一（ Ｐ） Ｍ＋ ）一 ｙ ６ ＋ｒ
（） ４
假设钢柱在温度作用下 ， 虚应变为 ， 虚位 移为 ， 根据虚功
（） ３
其 中力学应 变又 可 以分 为轴 向应 变 和 弯 曲应变 ｓ ， 分 蒋首超和李国强 根据结构力学原理和方法 ， 将钢框架 中的 别为 ： 杆件简化成带弹性杆端约束 的单个构 件 ， 出了一种计算局 部火 提
灾下钢框架温度 内力的实用计算方法． ｏ 苏健 等用有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 分析 了温度变化对杆 和拱屈
温 度 变 化 对 钢 梁 受 力 性 能 的 影 响
涂展麒
摘
蔡建 国 冯
健
要 ： 于构 件 的 非 线 性 位 移应 变 关 系 ， 用能 量 原理 推 导 了钢 梁在 温 度荷 载和 均 布 荷 载共 同作 用 下 平衡 方 程 以及 钢 基 利
梁应 力和竖 向位移的计算公式 ， 并对一工字形截 面钢梁力学性 能受温度 变化 的影响进行 了分析 ， 由分析结果 可知 ： 温度 变化对钢 梁的力学性 能影响较大。
重采 用 。
ｓ “＋ 口 ｙ ＝ ÷（’ 一ｖ ） ”
其 中， ） ｄ ） ｄ ； ， （ ＝ （ ／ｘ ｕ 分别为构件轴向和竖 向位移 。 钢梁的应变包括力学应变 以及热应变部分 ”：
＝ ＋ ｒ Ｙ ｍ＋ ＋ ＋ｙｒ ８ ＋Ｐ ＝ ｒ ｐ
（） ２
张辉 等 分析 了冷却塔杆件 在均匀温度场 变化下的温度应 力， 并且结合边界约束条件 的影响来探讨该结构的温度应力 。
ｔ， （） ｊ 】
不等的不同工况 ， 得出温度效应对塔桅结 构的影响规律。 其 中， ， 分别为钢柱上下表 面温度变化值 ； ａ为钢材的热 董继斌 结合一 ４ ５ｍ×８ Ｉ １Ｉ 双层柱 面网壳工程实例 ， Ｔ 分析 膨胀系数 ， 本文采用 ３２×１ ／ ； ． ０ ５℃ ＾为构件截面的高度 。
关键 词 ： 梁 ， 钢 承载 能力 ， 温度 作 用 ， 弹性 ， 能量 原 理
中图 分 类 号 ：Ｕ ９ Ｔ ３１ 文献 标 识 码 ： Ａ
随着我国经 济建设的快速发展 ， 各类工程建 设项 目规模 日益 是 ， 本文讨论的温度变化范围在 １０ ｏ ０ Ｃ以内不会因为温度的变化 并假定钢材本构关系处于线弹性范围内。 扩 大， 大批 的体育场建 筑、 会展 建筑 以及公 共建 筑如雨后 春笋般 产生本构关系 的变化 ，
Ｊ… Ｅ （ 劫 ） ＋ ｆ ［Ａ￣ ＋ ｕ 占
一
￡ ／２
Ｔｍｏ ｅｋ ｉ ｓ ｎｏ梁的温度效应 以及温度作用下一端固支一端铰支 Ｅ ｌ ｈ ｕ— ｅ＝ｅｎｕｌ梁的屈曲以及屈曲后性能进行 了研究。 ｒ ｒｏｌ Ｂ ｉ
本 文利 用 虚 功 原 理 推 导 了钢 梁 在 荷 载 以 及 温 度 作 用 下 的 平
温度应力的影 响、 支座水平 推力等 问题。得出结论 ： 温度应力 对 钢梁 的非线性几何关系为…＇ ： ”
狭长矩形平面 的柱面网壳结构拱 向受力杆 件的 内力影响不大 ， 对
纵向边缘杆件和角部杆件 内力有一定影 响； 采用弹性支承可 降低 支座附近杆件温度应力 ， 但也 使结构 刚度有所 降低 ， 设计 时应慎
性 能 影 响 的分 析 。
￡ ￡ Ⅲ ；
Ｔ ｌ
图 １ 钢梁的几何模型
温度应力是大跨度 钢结构 设计 中不 可 回避 的问题 。温度 作 １ 平衡方程 用下 ， 结构将产生变形 ， 如果这种变形没有受 到约束 ， 结构 中不产 本文研究对象的几何模型 如图 １所示 。假定 温度在构件 截 生内力 ； 反之 ， 如果变形受到约束 ， 结构 中将产生 内力 。国内外很 面高度方 向沿 Ｙ轴为线形分布。在温度荷载作用下 ， 梁的轴向应
多 学者对钢结构在温度作用下的性能进行 了研究 。 变 以及弯曲曲率为 ： 马人乐 等【 结合黑龙江 电视塔 工程用刚度 位移法研究严寒 ５ ＡＴ ｇ ｆ — 脚 ｒ 一 — ＝ ｏ — ＝ ： ， ： ｐ： ＝ — 下塔桅结构的温度效应 。计算 了结构 内外温度 相等和 内外 温度
曲性 能的影响 ， 并得 出升温可以提 高圆拱稳定性 ， 降低温度 ， 圆 原 理 可 得 ： 对
Ｊ （ ） 一￡ ＝ Ｉｆ ｃ Ｊ ＝ ￡ Ｌ ， ／ ２ ４ Ｉ ＝ ／ ２ ０
将式（ ） 入上式 ， 得 ： ４代 可
（ ５ ）
Ｓｎ ｏｇ等
对沿构件长度 方向不均 匀分 布温度荷 载作 用下
（ Ｐ＆］ Ｊ 出＝ ＋ｒ ， ） 一 出一 ０