【摘要】：預應力撐桿鋼柱由于造型獨特新穎、傳力科學合理,越來越受到工程師的青睞。但是,當預應力撐桿鋼柱遭遇火災襲擊時,其發(fā)生破壞而導致整體結構倒塌的可能性非常大,一旦結構破壞將會給社會帶來嚴重的經(jīng)濟損失。為此,對火災高溫環(huán)境中預應力撐桿鋼柱的破壞狀態(tài)和破壞機理進行研究分析,就顯得十分有必要。首先本文以1860級低松弛預應力鋼絞線為對象,開展了高溫下蠕變研究。選取溫度和應力水平為參數(shù),進行了13根鋼絞線高溫下的蠕變試驗,得到其在高溫下和高溫后的力學特性,并擬合了該試驗條件下工程用1860級鋼絞線的高溫蠕變方程;其次,完成了2根預應力軸心受壓撐桿鋼柱的恒載升溫火災試驗,觀察試件破壞現(xiàn)象并記錄溫度、位移等相關數(shù)據(jù)。結果表明:試驗構件的軸向變形呈現(xiàn)出火災初期增大、火災后期減小的變化趨勢,預應力拉索的張力在遭遇火災襲擊時就快速的下降,直至拉索內(nèi)力完全釋放,拉索發(fā)生松弛現(xiàn)象。采用試驗數(shù)據(jù)驗證后的有限元模擬,進行了三個影響參數(shù)分析,分別為荷載比、預應力比和相對軸向剛度比,獲取了火災下各個分析工況的力學響應(軸力和位移)的時程曲線。數(shù)值分析結果表明:拉索無防火措施時,其相對張力在火災開始階段就迅速下降,直至拉索完全松弛,導致預應力撐桿柱向普通鋼柱轉變;預應力撐桿鋼柱的側向變形經(jīng)歷了火災初期緩慢增長、火災后期迅速變大的過程,而軸向位移的變化趨勢則是火災初期增大、火災后期減小;軸向剛度比和預應力比不變時,隨著荷載比增大,預應力撐桿柱側向變形和軸向變形越來越顯著,但達到它們最大值所需的時間不斷減小;預應力比不超過0.45時,火災發(fā)生20min后,相對軸向剛度比和拉索初始張力這兩個參數(shù)對撐桿鋼柱力學性能的影響非常有限。對火災下預應力軸心受壓撐桿鋼柱的結構響應進行了理論分析,推導出火災全過程下預應力軸心受壓撐桿鋼柱拉索張力退化規(guī)律及軸向變形的計算公式,并分析了高溫條件下理想預應力撐桿鋼柱在對稱屈曲模態(tài)和反對稱屈曲模態(tài)下的承載能力計算公式。在綜合上述分析資料的基礎上,提出了高溫環(huán)境下單橫隔預應力撐桿鋼柱的實用設計方法,并用試驗數(shù)據(jù)驗證其準確、可靠。
【圖文】：

部分火災照片

部分預應力鋼結構建筑(a)預應力張弦梁(b)預應力撐桿鋼柱
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU391

【參考文獻】

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本文編號：2568279