平面钢框架结构非均匀升温下非线性弹塑性有限元分析.pdfVIP

摘要 摘要 目前国内外学者对于平面钢框架结构在高温下的弹塑性数值模拟研究，主 要基于标准室内升温曲线进行，同时也都假定截面温度或均匀分布，或呈线性 分布，从材料层次上讲，多数研究都局限在线弹性材料本构模型的范围，并忽 略了温度场非均匀分布和快速升温时残余应力的影响。这些假定在一定程度上 与真实结构受火后的边界条件与真实反应存在一定差距。为了突破上述的局限， 本文分别对单跨、双跨、以及多跨平面钢框架结构在非均匀升温下的非线性弹 塑性反应进行有限元分析。 首先，本文介绍钢结构耐火试验及有限元分析中常用的标准升温曲线，总 结高温下钢结构抗火计算的弹塑性分析方法和郎金方法，以此为基础在有限元 软件ANSYS界面下对高温下钢梁抗火试验的温度场进行数值模拟，通过试验时 炉温的升温曲线，使用MATLAB语言编程，拟合出相应的升温公式，然后在有 限元计算中利用该升温曲线，结合钢梁截面已知的测点温度分布，不断调整热 辐射参数反复计算，直到钢梁测点温度与试验值相吻合，最终实现对钢梁截面 温度场的数值分析，因而更准确的研究各种升温条件下构件真实的升温路径， 以及截面真实的温度分布。 其次，在已知构件截面温度分布的情况下，采用ANSYS中参数化语言(APDL) 开发可用于钢结构抗火计算的命令流。该命令流能够考虑升温前施加各种恒定 荷载的情况，并能考虑温度沿构件截面高度方向线性分布，沿构件长度方向线 性分布的情况，包括截面内外侧分别为线性分布的情况，将计算的位移与试验 所布置的测点的位移值进行对比。此外，在材料层次上，本文采用的高温下材 料本构模型为欧洲规范EUROCODE3．Part1．2中推荐的不考虑强化段的椭圆形 模型，并编写程序计算椭圆型本构关系曲线数据，用于有限元软件ANSYS中的 本构输入，进一步完善适合高温下结构分析的材料模型。 最后，本文还进行热一结构耦合分析，并考察梁柱节点处加劲肋的作用，同 时研究跨度和荷载两个因素对钢框架结构的非线性响应差别。同时在EXCEL2003 软件中，利用Visual 的残余应力输入程序，将温度场非均匀分布和快速升温时残余应力的影响考虑 到钢梁的抗火计算中。 关键词：平面钢框架结构；非均匀升温；非线性弹塑性；有限元 Abstract ABSTRACT Mostof researchesonnumericalof steelframestructures present analysesplane atelevated arebasedonthestandard risemodel．Itis temperature temperature assumedthat is or distributedontheelementsection．In evenlylinearly temperature the ofviewofmaterial ofstudiesareconfinedinthelinear point property,most stressdueto distributionand riseis elasticity．Residualtemperatureunevenly rapid are fromreal and different conditions neglected．These boundary assumptions structurebehavior．Tothe the s