确定火灾下轴心受压约束钢构件临界温度的实用方法

Abstract

火灾下轴心受压约束钢构件的力学响应复杂，所产生的温度内力导致其承载失效的确定与计算难度大。为简化基于结构构件高温承载极限状态的约束钢构件抗火设计方法，采用有限元数值模拟方法开展了大规模参数分析，以确定火灾高温下轴心受压约束钢构件的承载与失效规律。基于试验验证的可靠有限元模型，研究了不同长细比、轴向约束刚度比和初始荷载比等参数对轴心受压约束钢构件火灾响应的影响。结果表明，上述参数均将显著影响约束钢构件的火灾响应，且当长细比较大、轴向约束刚度比较小、初始荷载比较大时，屈曲导致的卸载可使杆件内轴力小于其常温下初始轴力；尽管该情况下杆件的临界温度应取为屈曲温度，但该温度仍大于同一长细比下轴向完全约束轴压钢柱对应于特定初始荷载比的临界温度。在此基础上，采用最小二乘法拟合了火灾下轴心受压约束钢构件临界温度与对应的完全约束受压钢构件和无约束受压钢构件临界温度的关系式，并通过与现有规范和数值算例精确结果的对比验证了本文提出的轴心受压约束钢构件临界温度计算方法的有效性，为轴心受压约束钢构件的抗火设计提供了一种实用方法。

Keywords

• 约束钢构件;轴心受压;抗火设计;临界温度;火灾响应