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第1章 绪论1

1.1 概述1

1.1.1 高强度钢的定义1

1.1.2 高强度钢的应用1

1.1.3 高强度钢结构抗火研究的必要性3

1.2 高强度钢结构抗火研究现状5

1.2.1 材料力学性能5

1.2.2 高强度钢基本构件抗火性能6

1.3 本书的目的和内容7

1.3.1 本书的目的7

1.3.2 本书的内容7

参考文献8

第2章 高强度Q460钢高温下力学性能11

2.1 引言11

2.2 高强度Q460钢高温下强度指标11

2.2.1 屈服强度的定义11

2.2.2 高温拉伸试验概况13

2.2.3 试验结果及对比14

2.2.4 拟合公式17

2.3 高强度Q460钢高温下弹性模量18

2.3.1 动态测量方法18

2.3.2 弹性模量测量结果24

2.4 本章小结25

参考文献26

第3章 高强度Q460钢高温冷却后力学性能27

3.1 引言27

3.2 高强度Q460钢高温冷却后力学性能试验概况27

3.2.1 试件设计27

3.2.2 升温装置28

3.2.3 拉伸试验装置28

3.2.4 升温和冷却方式29

3.2.5 常温下材性试验结果29

3.3 高强度Q460钢高温冷却后力学性能试验结果及分析30

3.3.1 应力-应变关系曲线30

3.3.2 屈服强度31

3.3.3 极限强度33

3.3.4 弹性模量34

3.3.5 断后伸长率35

3.3.6 试件表观特征36

3.4 高强度Q460钢和其他钢高温冷却后力学性能对比39

3.4.1 屈服强度的对比39

3.4.2 极限强度的对比39

3.4.3 弹性模量的对比40

3.5 高强度Q460钢与其他高强钢高温冷却后力学性能对比40

3.6 高强度Q460钢受火冷却后力学性能指标计算公式41

3.6.1 屈服强度42

3.6.2 极限强度43

3.6.3 弹性模量43

3.6.4 断后伸长率43

3.7 本章小结44

参考文献44

第4章 高强度Q460钢高温下蠕变性能45

4.1 引言45

4.2 高强度Q460钢高温蠕变试验46

4.2.1 材料力学性能试验46

4.2.2 蠕变试验概况47

4.2.3 蠕变试验结果及分析49

4.3 高强度Q460钢高温蠕变模型53

4.3.1 现有蠕变模型53

4.3.2 基于试验数据的ANSYS复合时间强化模型58

4.3.3 基于本节试验数据的Norton模型60

4.3.4 基于本节试验数据的Fields-Fields模型63

4.3.5 蠕变模型的对比分析66

4.4 本章小结67

参考文献68

第5章 高强度Q460钢焊接截面高温下残余应力分布69

5.1 引言69

5.2 高强度Q460钢焊接截面高温后残余应力试验69

5.2.1 试验概况69

5.2.2 试验方案及过程70

5.2.3 试验结果77

5.3 高强度Q460钢焊接截面高温后残余应力分布模型82

5.3.1 已有的常温下残余应力分布模型82

5.3.2 高强度Q460钢焊接H形截面常温残余应力分布模型83

5.3.3 高强度Q460钢焊接箱形截面残余应力分布模型88

5.3.4 高温后残余应力降低系数92

5.4 焊接残余应力及高温后残余应力有限元分析93

5.4.1 焊接及受热分析理论93

5.4.2 焊接热流和温度计算94

5.4.3 焊接及受热分析参数94

5.4.4 焊接残余应力模拟95

5.4.5 焊接残余应力受热分析101

5.4.6 高强度Q460钢焊接H形截面受热后残余应力分析结果102

5.4.7 高强度Q460钢焊接箱形截面受热后残余应力分析结果103

5.5 高温下焊接高强度Q460钢截面残余应力分布105

5.5.1 焊接H形截面高温下残余应力105

5.5.2 焊接高强度Q460钢箱形截面高温下残余应力106

5.5.3 蠕变对高温残余应力有限元分析的影响107

5.5.4 高温下残余应力降低系数108

5.5.5 高温下和高温后残余应力降低系数对比109

5.6 本章小结110

参考文献111

第6章 高强度Q460钢轴心受力柱抗火性能113

6.1 引言113

6.2 轴心受压高强度Q460钢柱极限承载力分析113

6.2.1 轴心受压高强度Q460钢柱临界应力法113

6.2.2 轴心受压高强度Q460钢柱稳定系数115

6.2.3 高温下高强度Q460钢轴心受压构件临界温度117

6.2.4 高强度Q460钢柱与普通钢柱抗火性能的比较118

6.3 逆算单元长度法119

6.3.1 逆算单元长度法的基本原理120

6.3.2 逆算单元长度法的步骤与程序实现121

6.3.3 逆算单元长度法的结果与分析124

6.3.4 两种计算方法的结果比较125

6.4 高强度Q460钢轴心受压柱抗火性能有限元分析125

6.4.1 ANSYS热分析模型125

6.4.2 材料属性定义126

6.4.3 温度场分析结果126

6.4.4 结构屈曲分析128

6.4.5 有限元分析迭代方法选择130

6.4.6 屈曲分析结果130

6.4.7 ANSYS分析结果对比131

6.5 高强度Q460钢轴心受压柱抗火性能参数分析131

6.5.1 初始弯曲131

6.5.2 残余应力132

6.6 本章小结135

参考文献136

第7章 高强度Q460钢梁抗火性能137

7.1 引言137

7.2 钢梁在三面受火下的温度分布137

7.2.1 有限差分法计算钢梁的温度分布137

7.2.2 温度计算139

7.3 强度分析141

7.3.1 高温下普通结构钢受弯构件的强度141

7.3.2 高温下高强度Q460钢梁的强度141

7.4 整体稳定分析142

7.4.1 高温下普通钢梁的整体稳定142

7.4.2 高温下高强度Q460钢梁的整体稳定144

7.4.3 考虑温度梯度时高温下钢梁的整体稳定144

7.5 高强度Q460钢梁的临界温度148

7.5.1 温度均匀分布的高强度Q460钢梁的临界温度148

7.5.2 温度不均匀分布的高强度Q460钢梁的临界温度149

7.6 高强度Q460钢梁和普通钢梁抗火性能比较150

7.6.1 分析假定150

7.6.2 稳定承载力的比较150

7.6.3 临界温度的比较152

7.7 高强度Q460钢梁抗火性能有限元分析153

7.7.1 热分析模型及参数设定154

7.7.2 温度场结果分析154

7.7.3 温度场结果对比158

7.7.4 结构分析159

7.7.5 理论分析与有限元分析结果对比162

7.8 高强度Q460钢梁抗火设计简化方法及算例163

7.8.1 极限弯矩简化计算方法163

7.8.2 临界温度简化计算方法164

7.8.3 算例分析164

7.9 本章小结165

参考文献165

第8章 高强度Q460约束钢柱抗火性能166

8.1 引言166

8.2 高强度Q460约束钢柱抗火性能试验166

8.2.1 试验炉及采集控制系统166

8.2.2 试验加载和约束装置167

8.2.3 试验构件168

8.2.4 温度、位移及轴力测量171

8.2.5 试验步骤172

8.2.6 试验结果172

8.2.7 试验结果分析178

8.3 高强度Q460约束钢柱抗火性能有限元分析180

8.3.1 高强度Q460约束钢柱热分析180

8.3.2 高强度Q460约束钢柱结构分析185

8.4 高强度Q460约束钢柱抗火性能参数分析190

8.4.1 有限元模型190

8.4.2 残余应力的影响191

8.4.3 初始弯曲的影响192

8.4.4 长细比的影响192

8.4.5 轴向荷载的影响193

8.4.6 轴向约束的影响193

8.4.7 转动约束的影响194

8.5 轴力放大系数法195

8.5.1 理论分析方法195

8.5.2 理论计算结果及对比196

8.6 本章小结197

参考文献197

第9章 高强度Q460钢柱高温局部稳定性能199

9.1 引言199

9.2 高强度Q460钢柱高温局部稳定试验200

9.2.1 试验概况200

9.2.2 试验现象和结果203

9.2.3 试验结果分析208

9.3 高强度Q460钢柱高温下局部稳定有限元分析210

9.3.1 有限元模型介绍210

9.3.2 有限元模型验证211

9.3.3 参数分析212

9.4 高强度Q460钢柱局部稳定简化抗火设计方法215

9.4.1 钢柱局部屈曲极限应力简化计算方法215

9.4.2 防止局部屈曲的翼缘宽厚比和腹板高厚比限值217

9.4.3 高温与常温下宽厚比限值的对比218

9.5 本章小结219

参考文献219

第10章 高强度Q460钢柱受火后受力性能221

10.1 引言221

10.2 高强度Q460钢柱受火后力学性能试验221

10.2.1 试件制作与设计221

10.2.2 试验步骤222

10.2.3 受火试验阶段222

10.2.4 受火后加载阶段223

10.3 受火后高强度Q460钢柱整体稳定性能有限元分析234

10.3.1 有限元模型234

10.3.2 数值模型验证235

10.4 高强度Q460钢柱受火后剩余承载力简化计算方法237

10.4.1 高温后剩余稳定承载力计算方法238

10.4.2 常温下有限元模型的验证239

10.4.3 参数分析240

10.4.4 简化计算方法242

10.5 本章小结246

参考文献246

第11章 高温蠕变对高强度Q460钢构件抗火性能的影响247

11.1 引言247

11.2 考虑蠕变影响的高强度Q460钢柱抗火性能有限元分析247

11.2.1 蠕变方程的验证247

11.2.2 有限元结构分析模型250

11.2.3 高强度Q460钢轴压钢柱的承载力分析251

11.2.4 考虑高温蠕变影响的高强度Q460轴压钢柱抗火性能分析255

11.3 考虑蠕变影响的高强度Q460约束钢梁抗火性能有限元分析258

11.3.1 模型概况258

11.3.2 材料参数258

11.3.3 模型试验验证259

11.3.4 高强度Q460约束钢梁与Q345约束钢梁的对比259

11.3.5 参数分析260

11.4 本章小结263

参考文献263

第12章 高强度Q460钢结构抗火研究展望265

12.1 高强度Q460钢结构抗火若干问题探讨265

12.1.1 材料高温力学性能265

12.1.2 结构抗火性能试验266

12.1.3 抗火设计简化方法267

12.2 研究展望267

12.3 结语268

参考文献268

附录269

附录A 温度不均匀分布的高强度Q460钢梁整体稳定系数269

附录B 温度不均匀分布的高强度Q460钢梁临界温度279