一种具有初始侧移钢柱构件的临界温度的获取方法技术

本发明专利技术公开了一种具有初始侧移钢柱构件的临界温度的获取方法，属于钢结构的稳定设计和分析领域。本发明专利技术根据平衡微分方程推导了两端铰支和两端固支的有初始侧移的轴向约束钢柱的挠曲线方程，采用边缘屈服准则计算了钢柱的极限承载力、高温下内力，得出了有初始侧移钢柱的临界温度的计算方法。本发明专利技术在确定钢柱的临界温度过程中，考虑了钢柱的初弯曲、荷载初偏心等初始缺陷，能够准确的估计出钢柱在高温下的极限承载力和耐火极限，对钢结构的防火设计、施工提供一定的参考依据。也为准确预估地震后次生火灾的抢险救援时间作出一定的贡献。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于钢结构的稳定设计和分析领域。本专利技术根据平衡微分方程推导了两端铰支和两端固支的有初始侧移的轴向约束钢柱的挠曲线方程，采用边缘屈服准则计算了钢柱的极限承载力、高温下内力，得出了有初始侧移钢柱的临界温度的计算方法。本专利技术在确定钢柱的临界温度过程中，考虑了钢柱的初弯曲、荷载初偏心等初始缺陷，能够准确的估计出钢柱在高温下的极限承载力和耐火极限，对钢结构的防火设计、施工提供一定的参考依据。也为准确预估地震后次生火灾的抢险救援时间作出一定的贡献。【专利说明】
本专利技术属于钢结构的稳定涉及和分析领域，尤其涉及欧诺个有初试侧移钢柱的临界温度的求取获得方法。
技术介绍
钢材具有高强、质轻、力学性能良好的优点，是制造结构物的一种良好的建筑材料。钢结构与建筑结构中应用广泛的钢筋混凝土结构相比，对于相同受力功能的构件，具有截面轮廓尺寸小、构件细长和板件柔薄的特点。对于因受压、受弯和受剪等存在受压区的构件或板件，如果技术上处理不当，可能使钢结构出现整体失稳或局部失稳。失稳前结构物的变形可能很微小，突然失稳使结构物的几何形状急剧改变而导致结构物完全丧失抵抗能力,以至整体塌落。钢结构的稳定性能是决定其承载能力的一个特别重要的因素，稳定理论与设计方法需要完善。近几十年来，在研究发挥钢结构稳定性能的潜力和完善稳定计算的理论方面，国内外都取得了长足的进步。例如完善钢结构的弹塑性稳定理论，研究有几何缺陷和残余应力的钢结构的实际受力性能和其极限荷载，用数值法来解决这类问题等都取得了不少研究成果。包括我国在内的世界上许多国家，最近几年都相继修订了钢结构设计规范。在这些规范中均反映了新的研究成果。在已进行的研究中，初始缺陷如初弯曲、荷载初偏心和残余应力等对构件承载力的影响都进行过讨论，然而钢柱初始侧移对其承载力的影响研究还未有人研究。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有存在的问题和不足，本专利技术提供了，从而为研究初试侧移对钢柱火灾下临界温度的影响提供了参考。技术方案:为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案:1、，包括以下步骤:步骤1:确定钢柱构件的弹塑性极限承载力;情形一:对于两端铰支钢柱构件:(I)钢柱构件初弯曲复合正弦曲线，由公式(I)表示【权利要求】1.，包括以下步骤: 步骤1:确定钢柱构件的弹塑性极限承载力； 情形一:对于两端铰支钢柱构件: (1)钢柱构件初弯曲复合正弦曲线，由公式(I)表示:.,/ΤΛ\ ? -.V 【文档编号】G06F17/13GK103530445SQ201310439869【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日 【专利技术者】张晋 申请人:东南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有初始侧移钢柱构件的临界温度的获取方法，包括以下步骤：步骤1：确定钢柱构件的弹塑性极限承载力；情形一：对于两端铰支钢柱构件：（1）钢柱构件初弯曲复合正弦曲线，由公式（1）表示：y0=a0sin(πxL)+δ·xL---(1)式中，y0为钢柱构件的初弯曲挠度，α0为构件中点初弯曲的幅值，L为构件长度，δ为钢柱柱顶的初始侧移；（2）荷载作用后的钢柱的绕曲线为y，通过平衡法建立屈曲方程，如公式（2）所示：ETI（y?y0)′′+P(y+e0?δ)＝0(0≤y≤L)（2）式中，P为轴压荷载，ETI为柱高温下的抗弯刚度，e0为荷载的初偏心；（3）令Pcr＝π2ETI/L2，则由边界条件y（0)＝0，y（L)＝δ得微分方程的通解为：y(x)=C1sin(uπxL)+C2cos(uπxL)+a1-u2sin(πxL)+(δ-e)---(3)其中，C1＝?((e?δ)cos(uπ)?e)/sin(uπ)；C2＝e?δ；（4）钢柱构件截面受轴向压力为附加弯矩M＝Pαmax，αmax为构件的最大挠度，截面剪力为Psinθ＝Pδ/L忽略不计；然后采用钢柱截面边缘纤维屈服为破坏准则，此时钢柱截面的平均应力状态为构件的极限承载状态，在极限承载状态下符合公式（5）：PA+PαmaxW=fyT---(5)式中，αmax为构件的最大挠度，fyT为高温下钢材的屈服强度；所述钢柱构件的承载压力P的表达式记为f(P)，并对公式（5）进行公式变换得到公式（6）：f(P)=PA+P(sin(1/2PLETI)(cos(PLETI)e-cos(PLETI)δ-e)(sin(PLETI))+cos(1/2PLETI)(e-δ)+-ETIaπ2-(e-δ)(PL2-π2ETI)PL2-π2ETI)/W-fyT---(6)将高温下钢材的强度和弹性模量带入公式（6），并通过牛顿迭代法求解P值，即为钢柱的极限承载压力：P=P-f(P)f′(P)---(7);情形二：对于两端固支的钢柱构件：（1）钢柱构件的初弯曲复合余弦曲线，符合公式（8）：y0=12a0(1-cos2πLx)+δ·xL---(8)（2）设荷载作用后的钢柱构件的绕曲线为y，通过平衡法建立屈曲方程得到公式（9）：ETI（y?y0)′′+P(y?δ)+M＝0(0≤y≤L)（9）式中，ETI为柱高温下的抗弯刚度；（3）令Pcr＝π2ETI/L2，则由边界条件y（0)＝0，y（L)＝δ，y′（0)＝0得微分方程的通解为：y(x)=C1sin(PxETI)+C2sin(PxETI)+2ETIaπ2PP(PL2-4π2ETI)cos(2πxL)-M-δPP---(10)其中，C1=-(-2ETIaπ2P+L2MP-4Mπ2ETI+2cos(PLETI)ETIaπ2P-4cos(PLETI)δPπ2ETI+cos(PLETI)L2δP2-cos(PLETI)L2MP+4cos(PLETI)Mπ2ETI)sin(PLETI)-1P-1(-PL2+4π2ETI)-1C2=(2ETIaπ2P-4δPπ2ETI+L2MP+4Mπ2ETI)P(-PL2+4π2ETI)---(12)M=P(-2ETIaπ22cos(PLETI)ETIaπ2-4cos(PLETI)δπ2ETI+cos(PLETI)L2δP)PL2-4π2ETI-cos(PLETI)L2P+4cos(PLETI)π2ETI---(13)（4）采用钢柱截面边缘纤维屈服为破坏准则，此时钢柱截面的平均应力状态为钢柱构件的极限承载力状态，此时符合公式（14）：PA+MW=fyTPA+|M-Pαmax|W=fyT---(14)其中，αmax为构件的最大挠度；然后将高温下钢材的强度和弹性模量带入上式，式14为超越方程，通过牛顿迭代法可解出P值，其中P的最小值就为钢柱的极限承载力；步骤2：确定轴向约束钢柱的高温内力：温度升高时，柱轴向长度可表示为：Δls=Δlth?Δlc（15）式中，Δls为弹簧长度变化，Δlth为整个钢柱的热膨胀量，Δlc为整个钢柱的缩减量；(1)整个钢柱的热膨胀量用公式（16）表示：Δlth＝αT(T1?T0)×L（16）式中，αT为钢材的热膨胀系数；T1为钢柱的温度；T0为初始温度；(2)高温下，随着钢柱轴力的增加以及钢材弹性模量的降低，钢柱会出现轴向压缩变形，整个钢柱长度的压缩变形量通过...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：