约束高强度H型钢柱抗火性能研究

高强度钢具有较高的强度，可节约钢材用量，减轻结构自重，提高结构抗震性能，在建筑结构中具有广阔的应用前景。火灾可造成建筑物破坏，对人类的生命和财产构成严重威胁。高强度钢与普通钢类似，不耐火，高强度钢构件在火灾下容易破坏。考虑几何初始缺陷和残余应力对高强度H型钢柱承载力的影响，建立力学理论模型对约束高强度H型钢柱在火灾中和火灾后的反应，包括轴向变形、轴力变化、挠度曲线、耐火极限以及屈曲后性能等进行分析，并分析约束刚度、长细比和荷载比对高强度H型钢柱抗火性能的影响。进行8个约束高强度足尺H型钢柱的抗火性能试验，得到约束高强度H型钢柱在真实火灾下和火灾后的反应、破坏特征和抗火性能数据。使用有限元程序对试验构件进行非线性分析，利用试验数据和有限元分析结果对理论模型进行验证。通过大量参数分析，对验证后的模型进行简化，得到合理可行的约束高强度H型钢柱抗火设计方法。

本项目主要完成了约束高强度Q460钢柱的抗火性能研究，具体包含：①进行了Q460钢材的高温力学性能试验，得到了钢材高温下的力学性能参数，即屈服强度和弹性模量，为后面进行理论分析奠定了基础。②进行了高强度Q460钢柱的抗火承载力分析，分别采用了临界应力法，逆算单元长度法和有限元分析法得到了钢柱的临界应力，并对几种分析方法的结果进行了对比,吻合较好。③进行了8个约束高强度Q460钢柱的抗火性能试验，研究了荷载比，约束刚度等参数对受力性能的影响，获得了试件的升温曲线和在火灾下的结构响应数据，为验证理论方法提供了资料。④进行了约束高强度钢柱抗火性能的有限元分析，分别建立了构件模型和子结构模型对约束高强度钢柱的抗火性能进行了模拟，并和试验结果进行对比，发现吻合较好。从而采用有限元模型进行了大量的参数分析，得到了荷载比，长细比，轴向约束刚度，转动约束刚度等参数对约束钢柱抗火性能的影响。⑤进行了焊接Q460钢H型截面受火前后的残余应力测试，得到了残余应力的分布模式和大小，并和普通钢进行了对比，得到了受火后残余应力数值大大降低的结论，同时也做了有限元热弹塑性分析，考虑了焊接和高温作用对残余应力大小的影响，为分析残余应力对高强度钢柱的承载力影响提供了依据。