火灾（高温）下索网结构计算的连续化方法.pdf

第28卷第4期 力 学 季 刊 VoI．28 No．4 2007年12月 CHINESE QUARTERLY OF MECHANICS DeC．2007 火灾(高温)下索网结构计算的连续化方法 李国强 ，周焕延 (1．同济大学土木工程学院，上海 200092；2．武汉理工大学 土木工程与建筑学院，武汉 430070) 摘要：对于火灾(高温)下索网结构的响应，通常基于有限元法利用计算机进行数值模拟，而商用程序的“黑箱” 效应不利于对高温下索网结构反应本质的理解。对于单索和索网火灾下的反应，采用温度离散的方法，考虑钢 绞线在高温下的力学特性，推导了索结构的高温反应计算式。结果表明，该方法与非线性有限元的计算结果吻 合较好。 关键词：单索；索网；高温；连续化方法 中图分类号：TU351；TU31 文献标识码：A 文章编号：0254．0053{2007)04．638．9 A Continuous Approach for Cable—Net Structure Calculation in Fire LI Guo．Qiang 。ZHOU Huan．Ting (1．College of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；2．School of Civil Engineering and Architecture，WHUT，Wuhan 430070，China) Abstract：Cable—net structural response in fire has been studied through FEM usually．The“black box’’ effect of FEM doesn’t help to understand the performance of cable—net in fire．A series of response equa— tions of cable—net in fire were derived based on material characteristics under high temperature．A method of discrete temperature was used to study the response of single cable and cable—net in high temperature． Calculation demonstrates that the results of cable．net’S response by the method are consistent with that of 3．D nonlinear FEM． Key words：single cable；cable—net；high temperature；continuous approach 索网结构作为一种大空间建筑结构形式，在体育馆、大型仓库及大型飞机修理厂等场合中得到了广泛使 用。索网结构依靠索的强大张力使索网结构具有一定的外形，而用于索网结构的索材料一般是预应力钢绞 线，可以发挥钢绞线的抗拉强度高的优点。但是，钢绞线属于一种高强度钢材，在火灾(高温)作用下其强度 将迅速降低，在700~C时其抗拉强度只有常温下的10％左右，而弹性模量大约只有常温下的3％u 。 对于火灾下建筑结构的反应现在多采用试验和理论分析相结合的方法进行研究。由于火灾下结构一 般要进入非线性阶段，对火灾下结构反应采用非线性有限元方法进行分析，计算量较大，而且商用有限元 程序本身的“黑箱”效应(使用者只是按照商用程序的说明将已知数据输人程序，计算机输出计算结果)，不 利于对高温下结构反应从整体上把握其特点。鞍形索网结构从力学分析上看，是一种受力相对单一的张 拉结构，没有抗弯能力。因此，可以运用连续化的“薄膜理论 对索网在高温下的反应进行分析。基于上 述特点，本文运用连续化方法首先对单索的高温反应进行了分析，在此基础上以菱形双曲抛