常溫下,由于空間網架結構單元形式規則,空間連接緊密,整體穩定性能良好,不會因局部桿件的破壞而發生整體倒塌。然而,在高溫狀態下,網架桿件會受溫度的上升而膨脹,受力性能和結構的穩定將發生變化。
一、常溫下網架受力分析
經傳熱學分析,薄壁鋼管內外表面溫差相差很小,認為溫度沿截面均勻分布。鑒于高溫下桿件易發生彎曲的特性,文中采用網架梁系計算模型。在ABAQUS有限元分析軟件中使用單元類型為B32的梁單元來建立網架模型;截面形狀及材料屬性按文中規定的參數輸入;支座種類按照設計圖紙,采用固接和鉸接組合連接;作用在網架上的荷載包括桿件自重、網架內外表面分布荷載及風管荷載。
二、高溫下網架受力分析
網架結構支座附近的桿件具有較大的應力。總的來說,桿件的應力值均較常溫有所增加。原因如下:
1、溫度場因素
火災發生的位置及蔓延路徑對溫度場的分布影響很大,而溫度會直接影響材料屬性。由于火勢沿外部裝飾材料燃燒,外層網架溫度比內層網架溫度要高,右側邊緣桿件溫度比跨中桿件溫度要高。這使得右側外部邊緣的桿件內力值較大。
2、材料因素
溫度的上升導致材料的剛度和強度均有顯著的降低。在相同荷載作用下,剛度的降低會使桿件的變形增加,而多余的變形又會增大桿件的附加內力。
3、約束原因
對于超靜定結構來說,溫度效應是不能忽視的。對于結構中部的桿件,由于受到支座約束較弱,在溫度作用下可以有一定程度的自由伸縮。而這種自由性會使桿件的附加內力增大幅度降低,而且材料的軟化也會降低多余內力的影響。
而網架邊緣靠近支座的桿件具有較大的約束剛度,在桿件膨脹過程中無法通過有效的伸縮來釋放能量,就會使桿件截面內力持續積累,造成局部應力過大現象。使得一些與固定支座連接的桿件發生偏大的撓度值,進而嚴重影響網架的局部承載能力。
根據火災下整體結構承載能力的判定依據
1、結構整體喪失穩定性
2、結構的整體變形達到無法承受荷載的限值,即最大撓度 與結構跨度 之比大于 。
由上述判據及網架達到最高溫度時的撓度值可知:網架跨中撓度最大值為102.7mm,與該位置的跨度之比小于此限值,可認為結構仍有承載能力。網架局部桿件撓度值過大,已超過桿件承載力判據。因此,可以這樣認為:網架結構在受火過程中,雖有一些桿件退出工作,但其整體結構依然具有承載能力。
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