(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111632515.X (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 中国人民警察大 学 地址 102308 北京市门头沟区潭柘寺镇朱 砂岭街9号院 (72)发明人 史可贞　李焕群　 (74)专利代理 机构 北京双收知识产权代理有限 公司 11241 代理人 窦志梅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 钢框架中柱温度应力的计算方法 (57)摘要 本发明的结构钢柱在框架中的温度应力计 算方法,在目标钢 柱从受火开始时温度T0升至受 火结束时温度Tn的受火过程中， 按照其受火时间 均匀地划分为n段， i＝1， 2， ……， n,在每一个时 间段内的目标钢柱的平均温度记为T1， T2，…， Tn， 目标钢柱的初始温度为T0； 其特征在于： 它包括 以下步骤： 计算目标钢柱的初始状态； 从i＝1开 始进入第i时间段的第一部分恒载升温阶段计 算； 进入第i时间段第二部分恒温加载阶段计算； 重复上述步骤得到每一时间段目标钢柱状态和 温度应力， 这种计算方法所模拟的钢材高温热 ‑ 力路径将无限趋近于真实火灾场景下钢构件的 热‑力路径， 相比有关温度应力的计算分析更接 近实际。 权利要求书4页 说明书8页 附图1页 CN 114329967 A 2022.04.12 CN 114329967 A 1.一种结构钢柱在框架中的温度应力计算方法,在目标钢柱从受火开始时温度T0升至 受火结束时温度Tn的受火过程中， 按照其受火时间均匀地划分为n段， i＝1， 2， ……， n,在每 一个时间段内的目标钢柱的平均温度记为T1， T2，…， Tn， 目标钢柱的初始温度为T0； 其特征 在于： 它包括以下步骤： (一)、 计算目标钢柱的初始状态 根据目标钢柱在初 始温度T0下的荷载， 在常温时， 钢材弹性模 量E0＝2.06×105N/mm2， 利 用结构力学计算出目标钢柱初始应力水平 k0和初始应变 ‑ε0， 得到目标钢柱的初始状态t0(‑ ε0,k0， T0)； (二)、 从i ＝1开始进入第i时间段的第一部分恒载升温阶段计算 (a)、 根据膨胀系数， 计算出目标钢柱膨胀应 变Δ εT 利用表1通过插 值法计算出： 在温度Ti下， 目标钢柱的线 膨胀系数s， 然后计算出： 目标钢 柱从Ti‑1升高到Ti的膨胀应 变Δ εT＝s*(Ti‑Ti‑1)； 表1 不同温度(℃)下Q345钢线膨胀系数s(单位 为10‑6/℃) (b)、 计算目标钢柱的荷载应 变‑εp 利用表2通过插值法计算出： 目标钢柱在ki‑1作用下， 温度由Ti‑1升至Ti所产生的荷载应 变‑εp， 表2 荷载应变计算值‑εp(单位为％) 表中的第一列为应力水平ki‑1, 在温度为Ti下， 膨胀应变ΔεT与荷载应变 ‑εp之和ΔεT‑εp即为目标钢柱在第i个时间段 第一部分恒载升温阶段的总应 变； (三)、 进入第i时间段第二部分恒温加载阶段计算 (c)、 计算目标钢柱在 恒载升温阶段总应 变作用下 所产生的温度内力 将目标钢柱由向上的单位力代替， 在单位力作用下， 根据结构力学计算出： 目标钢柱顶权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114329967 A 2端的位移Δε(Ti)和目标钢 柱的轴向约束刚度K(T)＝1/Δε(Ti)； 在上述计算时， 要考虑表3 所示的钢材在不同温度下的弹性模量降低系数c， Ei＝E0*c， 经过第i时间段第一部分的恒载 升温， 目标钢柱的应变为Δ εT‑εp， 在不考虑压缩应变的情况下， 目标钢柱在温度Ti下所产生 的温度内力NT＝(Δ εT‑εP)·K(T)·l， 其中l为目标钢柱长度； 表3 弹性模量降低系数c (d)、 计算出目标钢柱第i时间段修 正后的最终状态 在实际过程中， 随着目标钢柱的膨胀变形， 目标钢柱在温度Ti下的温度内力不 断增大， 产生荷载应变使目标钢柱变形缩小， 又会引发温度内力相应减小， 为达到变形协调一致， 将 NT平均分为m份， m为100至10000份， p＝1， 2， ……， m,在NT”＝(p/m)*NT下， 计算出ki＝ki‑1+Δ k＝ki‑1+NT*p/m/A/fy， 上述公式中A为目标钢柱的截面面积， fy为目标钢柱的常温强度； 根据 表4的恒温加载条件下应变 ‑应力‑温度关系， 通过插值法， 计算出在ki和Ti下的应变ΔεΔk， 此时应变修正为Δ εT‑εp—Δ εΔk， 相应的NT′＝(Δ εT‑εP‑Δ εΔk)·K(T)·l， 当NT”＝NT’时， 得 到目标钢柱修正后的应变所对 应的温度内力为NT＝NT’， 在Ti下所产生的实际应变 εi＝Δ εT‑ εp—Δ εΔk； 当NT”≠NT’时， p＝p+1,重复上述运算， 直到得到NT”＝NT’为止， 得到第i时间段的 状态ti(‑εi,ki， Ti)和温度应力σi＝(ki‑k0)*fy； 表4 恒温加载 条件下应 变(％)‑应力‑温度关系权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114329967 A 3