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钢桁架及预应力钢桁架在高温(火灾)下的力学特性分析

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 课题研究目的及意义

1.3 火灾下预应力钢桁架研究的国内外发展现状

1.4 本文研究的主要内容

第二章 钢桁架基本理论

2.1.预应力钢结构

2.2 预应力钢桁架的特点和分类

2.3 预应力拉杆

2.4 轴心受压杆件承载力的计算

2.5 本章小结

第三章 高温(火灾)下钢结构基本理论

3.1 火灾与传热学基本原理

3.2 高温火灾下结构钢的特性

3.3 高温下钢索预应力损失计算

3.4 本章小结

第四章 高温下超静定钢桁架和预应力钢桁架内力分析

4.1 基本假定和失稳判定标准

4.2 火灾下钢桁架的极限状态

4.3 不同工况下预应力钢桁架的内力分析

4.4 高温(火灾)环境下不同工况下的超静定桁架内力计算

4.5 局部预应力钢桁架的内力计算

4.6 本章小结

第五章 钢桁架在高温环境下的有限元分析方法

5.1 ANSYS有限元方法概述

5.2 钢桁架温度场与热效应分析

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要研究成果

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摘要

钢桁架作为建筑钢结构中重要的组成部分已经被广泛地应用到各类建筑和基础设施的建设中去。和其他结构形式相比,钢结构有着强度大、自重轻、施工操作简便、搭接时间短、再回收价值高等优点。但是相比于其他结构,钢结构耐火性差的特点是相当致命的,特别是其力学性能在高温环境下的大幅衰减,给钢结构建筑物的正常使用造成极大的不良影响。因此研究钢结构以及预应力钢结构的抗火性能有着重要的意义。  本文以钢桁架及预应力钢桁架为研究对象,先对其进行了理论分析,然后针对不同工况下的钢桁架和预应力钢桁架进行了在常温和高温状态下的算例分析,最后利用有限元软件ANSYS对钢桁架模型进行了热力耦合分析。  研究表明:(1)通过对钢桁架的理论分析,分析出在常温和高温环境下钢桁架以及预应力钢桁架的内力和承载力变化,即伴随着温度的升高,钢桁架杆件和预应力拉索的内力和位移呈非线性增加,而承载力却在下降;  (2)对不同工况下的钢桁架和预应力钢桁架进行控制变量的对比,分析出不同温度以及不同升温速率对钢桁架内力、位移以及承载力的影响,并计算出在预应力钢桁架中预应力损失伴随温度变化的关系,即升温速率会直接影响结构和预应力拉索的承载力,随着温度升高,预应力损失也会加大。  (3)通过有限元软件对钢桁架的模型进行热力耦合分析,得出温度与其力学性能的关系。  这些研究可以为预应力钢结构抗火研究提供一定的参考,希望能为今后的工程应用提供借鉴。

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