预应力轴心受拉钢构件抗火性能研究(Ⅲ):实用设计方法

为研究预应力轴心受拉钢构件的抗火性能,利用传热学原理对火灾下预应力轴心受拉钢构件的温度分布进行了理论分析,得出了任意爆火时刻预应力索温度的差分计算式。分析表明:火灾下拉索升温随拉索的等效直径增加而降低,随预应力钢管的温度升高而升高。利用索温度的差分计算式以及抗火设计基本思路,推导出预应力轴心受拉钢构件临界温度的简化计算方法,并采用试验研究、有限元方法对计算方法进行了验证。该计算方法表明构件的临界温度随着约束刚度比的增加而升高,随着荷载比的增加而降低。

预应力轴心受拉钢构件高温性能试验及理论研究

进行了3根预应力轴心受拉钢构件高温试验研究。试验结果表明,高温下预应力轴心受拉构件中内置拉索和钢管所承受荷载比例随温度的变化而不断变化。升温初期拉索张力随温度升高不断增大,预应力轴心受拉钢构件轴向位移平稳发展,在达到峰值后,拉索张力随升温时间的延长而不断降低。在临界状态下,轴向位移增长很快,预应力受拉构件中拉索均被拉断,外部钢管发生不同程度的颈缩现象。在试验结果的基础上,建立了预应力轴心受拉钢构件的有限元分析模型,得到了高温作用下预应力轴心拉杆中拉索张力和预应力钢杆轴向位移的时程全曲线。参数分析的结果表明:在其他条件相同时,预应力轴心受拉钢构件失效时的临界温度随着荷载比的增加而降低;当预应力比小于0.8时,预应力比对预应力轴心受拉钢构件失效时的临界温度的影响较小,当预应力比等于0.8时,预应力轴心受拉钢构件失效时的临界温度显著的提高;在其他条件相同时,预应力轴心受拉钢构件失效的临界温度随约束刚度比的增大而增大。最后对高温下预应力轴心受拉钢构件进行了理论分析,推导出预应力轴心受拉钢构件高温下差分计算方法,并以此为基础编写程序。通过计算结果与试验结果的对比,证明了差分计算方法的正确性。

带轴向约束预应力轴心受拉钢构件抗火性能

为考察相邻构件的轴向约束作用对预应力轴心受力构件抗火性能的影响,建立了带轴向弹性约束的预应力轴心受拉钢构件的数值分析模型。边界条件是:对四面受火的轴心受拉钢构件下端支座约束3个方向自由度,上端支座约束构件横截面内自由度,而轴向采用弹性约束。考虑了荷载比、轴向约束刚度比2个关键参数,得到了系列轴力-时间关系曲线。数值分析结果表明:荷载比不变时,随着轴向约束刚度降低,构件的耐火时间提高;在约束刚度比不变条件下,荷载比对构件的临界时间影响较小。在轴向约束刚度比为0.02时,预应力轴心受拉杆件临界时间达到最大值;但在轴向约束为0时,预应力轴心受拉杆件耐火时间最短。