弹性约束圆钢管受火屈曲全过程试验研究及数值模拟

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空间网格结构广泛应用于各种类型的建筑中,火灾后空间网格结构残余承载力的研究对于火灾后结构的安全评估和加固修复具有重要的意义。屈曲破坏是一个复杂的过程,目前已有对空间网格结构中的弹性约束圆钢管受火屈曲全过程的数值模拟方法,在此基础上本文对数值模拟方法展开了试验,验证了有限元分析方法的准确性。为了考察长细比和轴向约束刚度比对轴心受力构件火灾下的抗火性能和火灾后的残余变形的影响,本文对5根带约束的轴心受压圆钢管进行了火灾下屈曲全过程试验研究,得到了炉温-时间曲线、试件温度-时间曲线、轴向位移-时间曲线、跨中侧向位移-时间曲线以及试件的破坏形态。通过对以上曲线的分析得到了试件的屈曲温度、屈曲时轴向位移、最大跨中侧向位移和残余跨中侧向位移等数据。通过ABAQUS有限元分析软件,对比分析了实体单元整体模型和壳单元模型,采用顺序耦合的热力耦合方法分析了一个试验试件。利用壳单元直接耦合分析对所有试验试件进行了有限元数值模拟,对比了有限元和试验的轴向位移-温度曲线、跨中侧向位移-温度曲线以及破坏形态,结果吻合良好,证明了有限元分析的准确性。分析得到试验条件和理想条件下有限元分析的差别在于初始应力和底部抗拉支座的存在,并对比分析了力作用和温度作用对压杆稳定影响。本文的研究内容可以作为空间网格火灾后鉴定和修复的参考依据,为火灾后空间网格结构的残余承载力研究提供参考。
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