基于子结构模型的约束PEC柱抗火性能与设计方法研究

作     者：行盼娟 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛小勇

授予年度：2013年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：子结构模型 约束PEC柱 抗火性能 柱端连续性 

摘      要：在约束柱的抗火性能研究中，约束作用多以施加节点约束弹簧来模拟，且弹簧刚度一般为定值。实际上由于高温作用，与柱直接相连的梁的刚度不断下降，导致梁对柱的约束能力不断降低；此外，当柱发生轴向伸长（或缩短）时，相当于在梁端施加了一个侧向位移，从而在梁中产生附加弯矩。因此，在柱端施加定常约束与实际情况存在一定差异。为了更加真实地反映结构中的 PEC柱在受约束情况下的抗火性能，本文采用包含部分梁、柱的子结构模型，同时考虑柱的轴向和弯曲约束，更加精确地模拟柱端连续性条件，进行约束PEC柱的抗火性能研究。主要内容如下：\n 1、利用有限元软件ABAQUS建立了包含部分梁、柱的约束PEC柱子结构温度场和力学分析模型，应用约束PEC柱的抗火试验数据验证了模型的合理性。\n 2、应用验证后的模型对轴力作用下的约束PEC柱子结构在火灾下的受力性能进行了参数分析，考察了轴力比、轴向约束刚度、约束梁跨度、柱长度、材料强度以及梁上荷载大小对约束PEC柱轴向位移和轴力的影响规律。\n 3、分析了轴力比、轴向约束刚度、约束梁跨度、柱长度以及梁上荷载大小对轴力作用下PEC柱子结构耐火极限的影响规律，建立了轴力作用下约束PEC柱耐火极限的简化计算公式。\n 4、考察了轴力比、轴向约束刚度、偏心率、柱长度、梁上荷载大小对轴力和弯矩共同作用的 PEC柱子结构抗火性能的影响，揭示了各相关参数对子结构轴力和耐火极限的影响规律。在对轴力和弯矩共同作用下约束 PEC柱耐火极限参数分析的基础上，通过对计算结果的整理和归纳，给出了偏心荷载作用下约束 PEC柱耐火极限的简化计算公式。\n 5、对弹簧模型的约束PEC柱轴力进行了研究，并与子结构模型计算结果进行了对比分析。分析表明：升温过程中子结构约束 PEC柱的轴力变化系数均比弹簧约束计算结果小；轴心荷载作用下弹簧模型和子结构模型轴力计算结果有较大差别，偏心荷载作用下，弹簧模型和子结构模型计算结果相差较小。