考虑高温蠕变和残余应力的高强度Q460钢柱抗火性能研究

考虑高温蠕变和残余应力的高强度Q460钢柱抗火性能研究钢柱的抗火性能研究对钢结构设计至关重要,在火灾下钢柱的提前失稳破坏将直接影响到结构的安全。

Q460钢材相对于普通钢材具备更优的力学性能,能有效减轻结构自重和减小截面尺寸,从而带给结构设计更多的可能性和更大的经济效益,因此成为我国目前大力推广并广泛应用的钢材之一。

在火灾下,无保护钢构件的升温较快,钢材屈服强度和弹性模量随着温度的升高而急剧降低,极易造成结构丧失承载能力而破坏。

研究表明基于普通钢构件的设计方法并不适用于高强钢结构,因此对高强度Q460钢柱的抗火性能研究具有重大意义。

在高温作用下,蠕变效应十分明显,将增大钢柱变形,加速其破坏,降低火灾下承载力。

而残余应力在高温作用下则有所降低,在我国抗火设计规范中尚未考虑这一变化以及蠕变带来的影响。

本文对Q460钢柱高温下蠕变屈曲性能以及抗火性能进行分析,主要内容如下:(1)钢柱高温蠕变屈曲试验:对6根高强度Q460焊接H形钢柱进行了高温蠕变屈曲性能的试验研究,考虑长细比、荷载比和温度三个参数的影响,测得试验过程中的炉温、柱温、侧向位移和轴向位移随时间的变化,得到试件在恒温恒载下的蠕变屈曲破坏时间。

(2)钢柱抗火性能试验:对2根高强度Q460焊接H形钢柱进行ISO-834标准升温曲线下的抗火性能试验,测得了炉温、柱温、侧向位移和轴向位移随时间的变化,得到不同荷载比下钢柱的耐火极限和临界温度。

(3)高强度Q460钢柱蠕变屈曲以及抗火性能分析:引入高强度Q460钢材高温下的力学性能、蠕变参数、残余应力参数,采用ANSYS有限元程序建立了考虑高温蠕变和残余应力的轴心受压Q460钢柱的力学性能分析模型。

将有限元的分析
结果与Q460钢柱的蠕变屈曲试验和抗火性能试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性,并用验证后的有限元模型进行了Q460钢柱高温蠕变屈曲的参数分析,考虑了长细比、荷载比、温度和初弯曲对钢柱高温蠕变屈曲性能的影响。

本文还对高强度Q460钢柱的抗火性能进行了参数分析,考虑了长细比、荷载比、升温速率和初弯曲对钢柱抗火性能的影响。

(4)设计方法:基于参数分析结果,提出了一种考虑高温蠕变以及残余应力影响的轴心受压Q460焊接H形钢柱抗火设计方法。