專利名稱：壓彎鋼構(gòu)件的臨界溫度計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)用抗火設(shè)計(jì)方法，特別地涉及壓彎鋼構(gòu)件臨界溫度的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
鋼結(jié)構(gòu)因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、施工方便和材料可循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用，但鋼材不耐火，在火災(zāi)溫度達(dá)到600°C度時(shí)，鋼材將喪失大部分強(qiáng)度，造成鋼結(jié)構(gòu)的破壞，給人類的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的損失?！督ㄖ摻Y(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》CECS200:2006中通過(guò)“耐火極限”概念規(guī)定鋼結(jié)構(gòu)的防火要求，并規(guī)定在一般情況下，可僅對(duì)結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件進(jìn)行抗火承載力極限狀態(tài)的驗(yàn)算，滿足構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)要求。抗火承載力極限狀態(tài)定義為火災(zāi)條件下，構(gòu)件的承載力與外加作用(包括荷載和溫度作用)產(chǎn)生的組合效應(yīng)相等時(shí)的狀態(tài)，對(duì)于壓彎構(gòu)件，達(dá)到抗火承載力極限狀態(tài)應(yīng)滿足構(gòu)件截面屈服、產(chǎn)生足夠的塑性鉸而變成可變機(jī)構(gòu)、整體喪失穩(wěn)定或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗火設(shè)計(jì)要求應(yīng)滿足以下要求之一:(1)在規(guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限時(shí)間內(nèi)，構(gòu)件的承載力不應(yīng)小于各種作用所產(chǎn)生的組合效應(yīng)；(2)在各種荷載效應(yīng)組合下，構(gòu)件的耐火時(shí)間不應(yīng)小于規(guī)定的構(gòu)件的耐火極限；(3)構(gòu)件的臨界溫度不應(yīng)低于在耐火時(shí)問內(nèi)構(gòu)件的最高溫度。臨界溫度定義為當(dāng)構(gòu)件達(dá)到抗火承載力極限狀態(tài)時(shí)構(gòu)件截面上的溫度，此定義假定火災(zāi)沿構(gòu)件的長(zhǎng)度和截面均勻分布。目前鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗火設(shè)計(jì)可采用承載力法或臨界溫度法。承載力法通過(guò)計(jì)算預(yù)先設(shè)定防火被覆厚度的構(gòu)件在要求的耐火極限下的內(nèi)部溫度和相應(yīng)內(nèi)力，進(jìn)行構(gòu)件抗火承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算，并重復(fù)驗(yàn)證防火保護(hù)層厚度的適用性。臨界溫度法則根據(jù)構(gòu)件和荷載類型，計(jì)算構(gòu)件的臨界溫度，根據(jù)構(gòu)件的臨界溫度和耐火極限計(jì)算構(gòu)件抗火保護(hù)層厚度。臨界溫度法概念清晰，計(jì)算簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)中。已有發(fā)明專利“鋼框架結(jié)構(gòu)抗火保護(hù)的設(shè)計(jì)選擇方法”(專利號(hào):200610161954.6)提出了按塑性極限分析的上限法來(lái)確定整體結(jié)構(gòu)的臨界溫度，此臨界溫度基于不同的破壞結(jié)構(gòu)，要通過(guò)迭代計(jì)算，過(guò)程繁瑣，計(jì)算量較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種壓彎鋼構(gòu)件的臨界溫度計(jì)算方法。本發(fā)明需要保護(hù)的技術(shù)方案為:一種壓彎鋼構(gòu)件臨界溫度的計(jì)算方法，其特征在于，該方法將鋼構(gòu)件達(dá)到抗火承載力極限狀態(tài)時(shí)的溫度定義為臨界溫度，所述臨界溫度下鋼構(gòu)件的承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算采用與現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的常溫下形式，具體包括如下步驟:(I)根據(jù)鋼構(gòu)件的幾何尺寸如截面面積A、計(jì)算長(zhǎng)度1、回轉(zhuǎn)半徑r，可計(jì)算構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比I = 1/r,由現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范查得常溫下軸心受壓構(gòu)件繞強(qiáng)軸和弱軸的穩(wěn)定系數(shù) jx， jy ；根據(jù)構(gòu)件幾何尺寸如截面慣性矩I，截面模量W、長(zhǎng)細(xì)比I等，由現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范查得常溫下受彎構(gòu)件繞強(qiáng)軸和弱軸的穩(wěn)定系數(shù)j' bx，j' by;(2)根據(jù)已知軸力N、繞強(qiáng)軸和弱軸的彎矩Mx，My以及構(gòu)件幾何尺寸，采用下式計(jì)算構(gòu)件的三個(gè)荷載比，包括繞強(qiáng)軸和弱軸彎曲的穩(wěn)定荷載比&和Ry，以及由構(gòu)件截面強(qiáng)度控制的荷載比Rtl，纏軸彎曲的荷載比
權(quán)利要求
1.一種壓彎鋼構(gòu)件臨界溫度的計(jì)算方法，其特征在于，該方法將鋼構(gòu)件達(dá)到抗火承載力極限狀態(tài)時(shí)的溫度定義為臨界溫度，所述臨界溫度下鋼構(gòu)件的承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算采用與現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的常溫下形式，具體包括如下步驟: (1)根據(jù)鋼構(gòu)件的幾何尺寸如截面面積A、計(jì)算長(zhǎng)度1、回轉(zhuǎn)半徑r，可計(jì)算構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比I = 1/r，由現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范查得常溫下軸心受壓構(gòu)件繞強(qiáng)軸和弱軸的穩(wěn)定系數(shù)jx，jy ； 根據(jù)構(gòu)件幾何尺寸如截面慣性矩I，截面模量W、長(zhǎng)細(xì)比I等，由現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范查得常溫下受彎構(gòu)件繞強(qiáng)軸和弱軸的穩(wěn)定系數(shù)j' bx，j' by; (2)根據(jù)已知軸力N、繞強(qiáng)軸和弱軸的彎矩Mx，My以及構(gòu)件幾何尺寸，采用下式計(jì)算構(gòu)件的三個(gè)荷載比，包括繞強(qiáng)軸和弱軸彎曲的穩(wěn)定荷載比Rx和Ry，以及由構(gòu)件截面強(qiáng)度控制的荷載比R0纏軸彎曲的荷載比
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定高溫下鋼材的強(qiáng)度折減系數(shù)hT。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，常溫和高溫下軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)之比jx/jxT，jy/jyT可通過(guò)查表取用；常溫和高溫下壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)之比j' bx/j' bxT，j ' by/ J ' byT可通過(guò)查表取用 。
全文摘要
本發(fā)明涉及建筑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)用抗火設(shè)計(jì)方法，特別地涉及壓彎鋼構(gòu)件的臨界溫度計(jì)算方法。根據(jù)本發(fā)明的方法，針對(duì)不同穩(wěn)定系數(shù)和荷載比的壓彎鋼構(gòu)件的臨界溫度可通過(guò)查表直接取用。具體步驟為分別計(jì)算壓彎構(gòu)件由穩(wěn)定控制的繞強(qiáng)軸和弱軸彎曲的臨界溫度以及由截面強(qiáng)度控制的臨界溫度，壓彎構(gòu)架的臨界溫度取上述三種破壞形式下臨界溫度的最小值。本發(fā)明根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定高溫下鋼材強(qiáng)度的降低，高溫下壓彎鋼構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)可通過(guò)查表直接取用。本發(fā)明通過(guò)表格方式給出了壓彎鋼構(gòu)件的臨界溫度，避免了繁冗的數(shù)值計(jì)算過(guò)程，提供了一種方便可靠的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法。
文檔編號(hào)E04B1/24GK103207206SQ20131011398
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者李國(guó)強(qiáng), 姜健, 樓國(guó)彪, 蔣首超 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)