钢材虽为非燃材料,但是钢材不耐火。当温度约为500℃时,钢材的屈服强度约降低至常温屈服强度的一半。当温度达到600℃时,钢材将失去其大部分强度和刚度。因此研究钢结构的耐火性能是十分必要的。目前,各国大多数钢结构抗火设计规范采用基于计算的结构抗火设计方法,对单个钢构件进行不同尺寸、荷载工况下的高温承载力计算来获得结构的抗火设计方法。然而对于钢结构的抗火研究必须考虑结构的整体性即其他构件的约束作用才能更准确的贴近钢结构火灾下的实际情况。因此,许多学者在研究钢构件的抗火性能时考虑了其他构件的约束作用,为工程实践提供了理论依据。高强钢具有强度高,构件残余应力影响小,可以减轻结构重量,提高结构抗震性能,带来可观的经济和社会效益等优点,近年来,越来越多的建筑结构采用高强钢。Q690钢作为一种国产高强钢,在建筑结构中得到越来越多的应用,研究轴向约束高强度Q690钢柱的抗火性能具有重要意义。本文对轴向约束高强度Q690钢柱进行抗火性能研究,主要内容如下:(1)轴向约束高强度Q690钢柱抗火性能试验:对6根轴向约束高强度Q690焊接H形钢柱进行抗火性能试验。根据ISO-834标准升温曲线设定升温,考虑了轴向约束刚度比、长细比和荷载比对钢柱抗火性能的影响。在试验过程中测量了炉温、钢柱温度、轴向变形、钢柱轴力、柱中挠度随时间的变化。根据试验数据,得到了轴向约束高强度Q690钢柱的屈曲温度、破坏温度、破坏模式和屈曲后性能。(2)轴向约束高强度Q690钢柱抗火性能有限元分析:采用ABAQUS有限元分析软件建立与轴向约束高强度Q690钢柱抗火性能试验条件相同的有限元模型进行数值分析,获得位移-温度曲线、轴力-温度曲线和破坏模式。将分析结果与试验结果进行对比,表明数值分析与试验结果吻合良好,因此有限元模型能够较好的模拟轴向约束高强度Q690钢柱抗火性能。(3)轴向约束高强度Q690钢柱抗火性能参数分析:采用验证后的有限元模型对轴向约束Q690钢柱抗火性能进行参数分析,考虑了升温速率、长细比、轴向约束刚度比、荷载比和初弯曲5个参数的影响。参数分析表明:随着荷载比、长细比和轴向约束刚度比增大轴向约束Q690钢柱的屈曲温度明显降低。荷载比、长细比对临界温度影响较大,而轴向约束刚度比对破坏温度影响较小,初弯曲和升温速率对屈曲温度和破坏温度的影响均较小。(4)轴向约束高强度Q690钢柱抗火性能设计方法:通过分析轴向约束Q690钢柱在高温下屈曲力学性能和变形特征,提出考虑Q690钢高温下力学性能折减的轴向约束Q690钢柱屈曲温度设计方法。在参数分析结果和已提出的轴向约束钢柱抗火性能轴力放大系数法的基础上,提出了考虑Q690钢高温下力学性能折减的轴向约束Q690钢柱破坏温度设计方法。并采用有限元软件验证公式的正确性。采用验证后的公式对轴向约束Q690与Q345钢柱抗火性能进行对比分析。