压弯钢构件的临界温度计算方法

专利名称：压弯钢构件的临界温度计算方法
技术领域：
本发明涉及建筑钢结构的实用抗火设计方法，特别地涉及压弯钢构件临界温度的计算方法。
背景技术：
钢结构因其轻质、高强、施工方便和材料可循环等优点，在我国高层建筑中得到了广泛应用，但钢材不耐火，在火灾温度达到600°C度时，钢材将丧失大部分强度，造成钢结构的破坏，给人类的生命财产造成极大的损失。《建筑钢结构防火技术规范》CECS200:2006中通过“耐火极限”概念规定钢结构的防火要求，并规定在一般情况下，可仅对结构的各构件进行抗火承载力极限状态的验算，满足构件抗火设计要求。抗火承载力极限状态定义为火灾条件下，构件的承载力与外加作用(包括荷载和温度作用)产生的组合效应相等时的状态，对于压弯构件，达到抗火承载力极限状态应满足构件截面屈服、产生足够的塑性铰而变成可变机构、整体丧失稳定或达到不适于继续承载的变形。钢结构构件的抗火设计要求应满足以下要求之一:(1)在规定的结构耐火极限时间内，构件的承载力不应小于各种作用所产生的组合效应；(2)在各种荷载效应组合下，构件的耐火时间不应小于规定的构件的耐火极限；(3)构件的临界温度不应低于在耐火时问内构件的最高温度。临界温度定义为当构件达到抗火承载力极限状态时构件截面上的温度，此定义假定火灾沿构件的长度和截面均匀分布。目前钢结构构件的抗火设计可采用承载力法或临界温度法。承载力法通过计算预先设定防火被覆厚度的构件在要求的耐火极限下的内部温度和相应内力，进行构件抗火承载力极限状态验算，并重复验证防火保护层厚度的适用性。临界温度法则根据构件和荷载类型，计算构件的临界温度，根据构件的临界温度和耐火极限计算构件抗火保护层厚度。临界温度法概念清晰，计算简便，广泛应用于钢结构抗火设计中。已有发明专利“钢框架结构抗火保护的设计选择方法”(专利号:200610161954.6)提出了按塑性极限分析的上限法来确定整体结构的临界温度，此临界温度基于不同的破坏结构，要通过迭代计算，过程繁琐，计算量较大。

发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提出一种压弯钢构件的临界温度计算方法。本发明需要保护的技术方案为:一种压弯钢构件临界温度的计算方法，其特征在于，该方法将钢构件达到抗火承载力极限状态时的温度定义为临界温度，所述临界温度下钢构件的承载力极限状态验算采用与现行钢结构设计规范中规定的常温下形式，具体包括如下步骤:(I)根据钢构件的几何尺寸如截面面积A、计算长度1、回转半径r，可计算构件的长细比I = 1/r,由现行钢结构设计规范查得常温下轴心受压构件绕强轴和弱轴的稳定系数 jx， jy ；根据构件几何尺寸如截面惯性矩I，截面模量W、长细比I等，由现行钢结构设计规范查得常温下受弯构件绕强轴和弱轴的稳定系数j' bx，j' by;(2)根据已知轴力N、绕强轴和弱轴的弯矩Mx，My以及构件几何尺寸，采用下式计算构件的三个荷载比，包括绕强轴和弱轴弯曲的稳定荷载比&和Ry，以及由构件截面强度控制的荷载比Rtl，纏轴弯曲的荷载比
权利要求
1.一种压弯钢构件临界温度的计算方法，其特征在于，该方法将钢构件达到抗火承载力极限状态时的温度定义为临界温度，所述临界温度下钢构件的承载力极限状态验算采用与现行钢结构设计规范中规定的常温下形式，具体包括如下步骤: (1)根据钢构件的几何尺寸如截面面积A、计算长度1、回转半径r，可计算构件的长细比I = 1/r，由现行钢结构设计规范查得常温下轴心受压构件绕强轴和弱轴的稳定系数jx，jy ； 根据构件几何尺寸如截面惯性矩I，截面模量W、长细比I等，由现行钢结构设计规范查得常温下受弯构件绕强轴和弱轴的稳定系数j' bx，j' by; (2)根据已知轴力N、绕强轴和弱轴的弯矩Mx，My以及构件几何尺寸，采用下式计算构件的三个荷载比，包括绕强轴和弱轴弯曲的稳定荷载比Rx和Ry，以及由构件截面强度控制的荷载比R0纏轴弯曲的荷载比
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过大量试验数据确定高温下钢材的强度折减系数hT。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，常温和高温下轴心受压构件的稳定系数之比jx/jxT，jy/jyT可通过查表取用；常温和高温下压弯构件的稳定系数之比j' bx/j' bxT，j ' by/ J ' byT可通过查表取用 。
全文摘要
本发明涉及建筑钢结构的实用抗火设计方法，特别地涉及压弯钢构件的临界温度计算方法。根据本发明的方法，针对不同稳定系数和荷载比的压弯钢构件的临界温度可通过查表直接取用。具体步骤为分别计算压弯构件由稳定控制的绕强轴和弱轴弯曲的临界温度以及由截面强度控制的临界温度，压弯构架的临界温度取上述三种破坏形式下临界温度的最小值。本发明根据大量试验数据确定高温下钢材强度的降低，高温下压弯钢构件的稳定系数可通过查表直接取用。本发明通过表格方式给出了压弯钢构件的临界温度，避免了繁冗的数值计算过程，提供了一种方便可靠的钢结构抗火设计方法。
文档编号E04B1/24GK103207206SQ20131011398
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者李国强, 姜健, 楼国彪, 蒋首超 申请人:同济大学