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网架结构广泛应用于大跨度建筑空间屋盖,在大跨度建筑空间内发生的火灾属于局部火灾,由于网架结构在局部火灾中升温不均匀,升温较高部分的杆件膨胀会受到结构中升温较低部分杆件的约束,杆件间所产生的约束作用将影响杆件高温承载力。钢框架结构中约束构件抗火性能研究表明,约束构件屈曲后仍具有一定承载力,但是对于网架结构中的约束杆件考虑初弯曲的屈曲后承载力未有系统研究。另外实际工程中网架结构的杆件长细比一般较大,相比于钢框架柱往往为大长细比构件。本文在前人的研究基础上,特别针对长细比大于钢框架柱设计限值的圆钢管杆件,对网架中约束杆件的抗火性能及其屈曲后承载力作了进一步的研究,主要包括以下几个部分: (1)利用常用的两种有限元通用分析软件(ANSYS和ABAQUS)分别对网架整体结构和约束杆件进行高温下的抗火数值模拟分析,得到了正放四角锥网架杆件破坏的批次规律。并采用逆算法得到网架中首批约束杆件受到的约束刚度大小。对高温下约束钢杆力学性能的影响参数轴向约束比、荷载比、杆件自身长细比进行了参数化分析,长细比的选取范围较框架结构进一步扩大。从而得出了各设计参数对约束杆件承载力的影响规律。 (2)根据假定的高温下约束杆件的挠曲线形状建立内外力平衡方程,提出考虑初弯曲的网架结构中轴向约束杆件屈曲后轴力的简化计算方法,得到全过程的轴力-温度的关系曲线。并通过基于有限元法理论开发的ABAQUS软件对网架结构中轴向约束杆件受火力学反应全过程进行了模拟,本文的简化计算方法与数值模拟分析结果吻合较好。该方法分析求解过程的力学逻辑更直观,分析结果的力学要素更清晰,针对约束杆件分析相比于有限元计算方法效率更高。 (3)采用本文提出简化计算方法进行了MATLAB编程数学建模。通过MATLAB计算机程序计算大大提高了分析的计算效率,并且实现了自动读取截面库文件和自动输出计算结果文件功能。采用MATLAB程序批处理进行大量参数化分析,得到约束杆件临界温度和屈曲后极限承载力的一般规律,比较各影响参数的影响大小。通过对大规模参数分析数据的拟合得到了约束圆钢管受火极限承载力实用设计公式,该公式可较为方便地计算火灾下约束杆件屈曲后的极限承载力。 通过本文对局部火灾下约束杆件极限承载力的研究,可以完善火灾下网架结构的非线性分析理论,为进一步研究网架结构的破坏准则提供理论基础,从而完善网架结构的抗火分析与设计方法,该研究对于提高网架结构抗火分析设计的科学性、安全性与经济性,防止网架结构在火灾下整体倒塌,具有重要的理论和实际意义。基于约束杆件屈曲后承载力的火灾下网架整体结构抗火性能分析,是以结构抗火性能化设计思想为受火失效判别准则,可为我国建筑钢结构抗火设计规范相关条款的编制提供理论依据。