高温（火灾）下预应力钢桁架关键构件受力特性与判定准则研究

作     者：刘冬骏 

作者单位：安徽建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙强

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：热力耦合 预应力钢桁架 关键构件 判定准则 平均应力比法 

摘      要：目前钢结构仍然基于防火设计,还未将钢结构在火灾中受力行为很好地纳入设计中,虽然编制了一些相关规范和规程,但仍缺乏足够的研究成果支撑,还不能确保其设计的钢结构具有足够的抗火性能,预应力钢桁架抗火问题更是如此。由于预应力钢桁架抗火性能不足,使得热力耦合作用下其关键构件的破坏对整个桁架结构稳定产生非常不利的影响。因此,对预应力钢桁架及其关键构件在热力耦合作用下的研究一直是结构安全评价方面的热点之一。本文针对上述问题做了以下研究工作:(1)对已有的国内外研究成果进行了归纳总结,针对大空间建筑火灾的特点选择了合适的升温曲线,使得结构温度场的模拟分析更加贴近实际情况。(2)利用大型有限元分析软件,结合材料非线性与几何非线性的分析方法对整体结构进行了较为系统的热力耦合分析,得出了整体结构随时间变化的应力与应变特征曲线。(3)利用平均应力比法、可靠度法和能量法这三种判别方法,对高温(火灾)条件下预应力钢桁架关键构件进行判定,并分析了三种判别方法的优劣。经过研究得出以下主要结论:(1)预应力钢桁架关键构件位于支座处的下弦杆与跨中的上弦杆,其承受的平均应力最大、可靠性最低、破坏后对周围构件的影响最大,此处应进行重点防火保护。。(2)预应力钢桁架中上、下弦杆的关键性系数普遍大于腹杆,因此对除关键构件外的上、下弦杆做一般性的防火保护。(3)预应力钢桁架中腹杆对抗火性能影响不大,可以适当减少防火保护。(4)预应力拉索在大空间火灾作用下,预应力损失较小。(5)经过三种方法对比分析,建议在实际工程中宜选用平均应力比法。通过对高温(火灾)下预应力钢桁架关键构件受力特性分析与判定方法研究,希望能为今后的预应力钢桁架抗火设计与分析提供参考。