第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 高强度钢的定义 1
1.1.2 高强度钢的应用 1
1.1.3 高强度钢结构抗火研究的必要性 3
1.2 高强度钢结构抗火研究现状 5
1.2.1 材料力学性能 5
1.2.2 高强度钢基本构件抗火性能 6
1.3 本书的目的和内容 7
1.3.1 本书的目的 7
1.3.2 本书的内容 7
参考文献 8
第2章 高强度Q460钢高温下力学性能 11
2.1 引言 11
2.2 高强度Q460钢高温下强度指标 11
2.2.1 屈服强度的定义 11
2.2.2 高温拉伸试验概况 13
2.2.3 试验结果及对比 14
2.2.4 拟合公式 17
2.3 高强度Q460钢高温下弹性模量 18
2.3.1 动态测量方法 18
2.3.2 弹性模量测量结果 24
2.4 本章小结 25
参考文献 26
第3章 高强度Q460钢高温冷却后力学性能 27
3.1 引言 27
3.2 高强度Q460钢高温冷却后力学性能试验概况 27
3.2.1 试件设计 27
3.2.2 升温装置 28
3.2.3 拉伸试验装置 28
3.2.4 升温和冷却方式 29
3.2.5 常温下材性试验结果 29
3.3 高强度Q460钢高温冷却后力学性能试验结果及分析 30
3.3.1 应力-应变关系曲线 30
3.3.2 屈服强度 31
3.3.3 极限强度 33
3.3.4 弹性模量 34
3.3.5 断后伸长率 35
3.3.6 试件表观特征 36
3.4 高强度Q460钢和其他钢高温冷却后力学性能对比 39
3.4.1 屈服强度的对比 39
3.4.2 极限强度的对比 39
3.4.3 弹性模量的对比 40
3.5 高强度Q460钢与其他高强钢高温冷却后力学性能对比 40
3.6 高强度Q460钢受火冷却后力学性能指标计算公式 41
3.6.1 屈服强度 42
3.6.2 极限强度 43
3.6.3 弹性模量 43
3.6.4 断后伸长率 43
3.7 本章小结 44
参考文献 44
第4章 高强度Q460钢高温下蠕变性能 45
4.1 引言 45
4.2 高强度Q460钢高温蠕变试验 46
4.2.1 材料力学性能试验 46
4.2.2 蠕变试验概况 47
4.2.3 蠕变试验结果及分析 49
4.3 高强度Q460钢高温蠕变模型 53
4.3.1 现有蠕变模型 53
4.3.2 基于试验数据的ANSYS复合时间强化模型 58
4.3.3 基于本节试验数据的Norton模型 60
4.3.4 基于本节试验数据的Fields-Fields模型 63
4.3.5 蠕变模型的对比分析 66
4.4 本章小结 67
参考文献 68
第5章 高强度Q460钢焊接截面高温下残余应力分布 69
5.1 引言 69
5.2 高强度Q460钢焊接截面高温后残余应力试验 69
5.2.1 试验概况 69
5.2.2 试验方案及过程 70
5.2.3 试验结果 77
5.3 高强度Q460钢焊接截面高温后残余应力分布模型 82
5.3.1 已有的常温下残余应力分布模型 82
5.3.2 高强度Q460钢焊接H形截面常温残余应力分布模型 83
5.3.3 高强度Q460钢焊接箱形截面残余应力分布模型 88
5.3.4 高温后残余应力降低系数 92
5.4 焊接残余应力及高温后残余应力有限元分析 93
5.4.1 焊接及受热分析理论 93
5.4.2 焊接热流和温度计算 94
5.4.3 焊接及受热分析参数 94
5.4.4 焊接残余应力模拟 95
5.4.5 焊接残余应力受热分析 101
5.4.6 高强度Q460钢焊接H形截面受热后残余应力分析结果 102
5.4.7 高强度Q460钢焊接箱形截面受热后残余应力分析结果 103
5.5 高温下焊接高强度Q460钢截面残余应力分布 105
5.5.1 焊接H形截面高温下残余应力 105
5.5.2 焊接高强度Q460钢箱形截面高温下残余应力 106
5.5.3 蠕变对高温残余应力有限元分析的影响 107
5.5.4 高温下残余应力降低系数 108
5.5.5 高温下和高温后残余应力降低系数对比 109
5.6 本章小结 110
参考文献 111
第6章 高强度Q460钢轴心受力柱抗火性能 113
6.1 引言 113
6.2 轴心受压高强度Q460钢柱极限承载力分析 113
6.2.1 轴心受压高强度Q460钢柱临界应力法 113
6.2.2 轴心受压高强度Q460钢柱稳定系数 115
6.2.3 高温下高强度Q460钢轴心受压构件临界温度 117
6.2.4 高强度Q460钢柱与普通钢柱抗火性能的比较 118
6.3 逆算单元长度法 119
6.3.1 逆算单元长度法的基本原理 120
6.3.2 逆算单元长度法的步骤与程序实现 121
6.3.3 逆算单元长度法的结果与分析 124
6.3.4 两种计算方法的结果比较 125
6.4 高强度Q460钢轴心受压柱抗火性能有限元分析 125
6.4.1 ANSYS热分析模型 125
6.4.2 材料属性定义 126
6.4.3 温度场分析结果 126
6.4.4 结构屈曲分析 128
6.4.5 有限元分析迭代方法选择 130
6.4.6 屈曲分析结果 130
6.4.7 ANSYS分析结果对比 131
6.5 高强度Q460钢轴心受压柱抗火性能参数分析 131
6.5.1 初始弯曲 131
6.5.2 残余应力 132
6.6 本章小结 135
参考文献 136
第7章 高强度Q460钢梁抗火性能 137
7.1 引言 137
7.2 钢梁在三面受火下的温度分布 137
7.2.1 有限差分法计算钢梁的温度分布 137
7.2.2 温度计算 139
7.3 强度分析 141
7.3.1 高温下普通结构钢受弯构件的强度 141
7.3.2 高温下高强度Q460钢梁的强度 141
7.4 整体稳定分析 142
7.4.1 高温下普通钢梁的整体稳定 142
7.4.2 高温下高强度Q460钢梁的整体稳定 144
7.4.3 考虑温度梯度时高温下钢梁的整体稳定 144
7.5 高强度Q460钢梁的临界温度 148
7.5.1 温度均匀分布的高强度Q460钢梁的临界温度 148
7.5.2 温度不均匀分布的高强度Q460钢梁的临界温度 149
7.6 高强度Q460钢梁和普通钢梁抗火性能比较 150
7.6.1 分析假定 150
7.6.2 稳定承载力的比较 150
7.6.3 临界温度的比较 152
7.7 高强度Q460钢梁抗火性能有限元分析 153
7.7.1 热分析模型及参数设定 154
7.7.2 温度场结果分析 154
7.7.3 温度场结果对比 158
7.7.4 结构分析 159
7.7.5 理论分析与有限元分析结果对比 162
7.8 高强度Q460钢梁抗火设计简化方法及算例 163
7.8.1 极限弯矩简化计算方法 163
7.8.2 临界温度简化计算方法 164
7.8.3 算例分析 164
7.9 本章小结 165
参考文献 165
第8章 高强度Q460约束钢柱抗火性能 166
8.1 引言 166
8.2 高强度Q460约束钢柱抗火性能试验 166
8.2.1 试验炉及采集控制系统 166
8.2.2 试验加载和约束装置 167
8.2.3 试验构件 168
8.2.4 温度、位移及轴力测量 171
8.2.5 试验步骤 172
8.2.6 试验结果 172
8.2.7 试验结果分析 178
8.3 高强度Q460约束钢柱抗火性能有限元分析 180
8.3.1 高强度Q460约束钢柱热分析 180
8.3.2 高强度Q460约束钢柱结构分析 185
8.4 高强度Q460约束钢柱抗火性能参数分析 190
8.4.1 有限元模型 190
8.4.2 残余应力的影响 191
8.4.3 初始弯曲的影响 192
8.4.4 长细比的影响 192
8.4.5 轴向荷载的影响 193
8.4.6 轴向约束的影响 193
8.4.7 转动约束的影响 194
8.5 轴力放大系数法 195
8.5.1 理论分析方法 195
8.5.2 理论计算结果及对比 196
8.6 本章小结 197
参考文献 197
第9章 高强度Q460钢柱高温局部稳定性能 199
9.1 引言 199
9.2 高强度Q460钢柱高温局部稳定试验 200
9.2.1 试验概况 200
9.2.2 试验现象和结果 203
9.2.3 试验结果分析 208
9.3 高强度Q460钢柱高温下局部稳定有限元分析 210
9.3.1 有限元模型介绍 210
9.3.2 有限元模型验证 211
9.3.3 参数分析 212
9.4 高强度Q460钢柱局部稳定简化抗火设计方法 215
9.4.1 钢柱局部屈曲极限应力简化计算方法 215
9.4.2 防止局部屈曲的翼缘宽厚比和腹板高厚比限值 217
9.4.3 高温与常温下宽厚比限值的对比 218
9.5 本章小结 219
参考文献 219
第10章 高强度Q460钢柱受火后受力性能 221
10.1 引言 221
10.2 高强度Q460钢柱受火后力学性能试验 221
10.2.1 试件制作与设计 221
10.2.2 试验步骤 222
10.2.3 受火试验阶段 222
10.2.4 受火后加载阶段 223
10.3 受火后高强度Q460钢柱整体稳定性能有限元分析 234
10.3.1 有限元模型 234
10.3.2 数值模型验证 235
10.4 高强度Q460钢柱受火后剩余承载力简化计算方法 237
10.4.1 高温后剩余稳定承载力计算方法 238
10.4.2 常温下有限元模型的验证 239
10.4.3 参数分析 240
10.4.4 简化计算方法 242
10.5 本章小结 246
参考文献 246
第11章 高温蠕变对高强度Q460钢构件抗火性能的影响 247
11.1 引言 247
11.2 考虑蠕变影响的高强度Q460钢柱抗火性能有限元分析 247
11.2.1 蠕变方程的验证 247
11.2.2 有限元结构分析模型 250
11.2.3 高强度Q460钢轴压钢柱的承载力分析 251
11.2.4 考虑高温蠕变影响的高强度Q460轴压钢柱抗火性能分析 255
11.3 考虑蠕变影响的高强度Q460约束钢梁抗火性能有限元分析 258
11.3.1 模型概况 258
11.3.2 材料参数 258
11.3.3 模型试验验证 259
11.3.4 高强度Q460约束钢梁与Q345约束钢梁的对比 259
11.3.5 参数分析 260
11.4 本章小结 263
参考文献 263
第12章 高强度Q460钢结构抗火研究展望 265
12.1 高强度Q460钢结构抗火若干问题探讨 265
12.1.1 材料高温力学性能 265
12.1.2 结构抗火性能试验 266
12.1.3 抗火设计简化方法 267
12.2 研究展望 267
12.3 结语 268
参考文献 268
附录 269
附录A 温度不均匀分布的高强度Q460钢梁整体稳定系数 269
附录B 温度不均匀分布的高强度Q460钢梁临界温度 279