【正文】 析模擬了12個鋼柱的屈曲火災試驗（如圖1所示）隨后做的靈敏性研究是為了弄清局部和整體初始幾何缺陷的影響以及冷作條件下角部材料的性能。參數研究用來評估局部橫截面細度的變化，全體構件細度以及載荷水平不銹鋼構件用殼單S4R來模擬，其中有4個角落節(jié)點，每個有6個自由度，適用于厚殼或薄殼，網格會聚研究是用來確定一個適當的網格密度以得到精確的結果，同時保持實際計算次數。橫截面寬度上網格尺寸為2至10個單元的模型部有類似的結果板寬上有5個單元，網格長度方向上的尺寸采用最佳比例。本文第2部分中討論的火災試驗是非等溫進行的，這反映在數值模擬中分為兩個步驟來分析：第一步，載荷在室溫下施加于柱上，第二步，溫度依照測得的溫度一時間關系逐漸增加，值得一提的是，RHS40404試驗并沒有遵守ISO8341標準，取而代之的是，采用了溫度和時間的雙線性關系，這個關系也包括在采用測定溫度－時間數據的數值研究中。 材料模擬材料模擬是有限元模擬中的重要方面之一。不適當的材料行為定義將極大地阻礙模型復制觀察到的結構反應的能力。在目前的研究中，材料模型是建立在符合測定的高溫應力應變數據的雙線性關系基礎上的，實測的AlaOutinen和Oksanen的應力應變曲線是相當不穩(wěn)定的，尤其在小應變下，有些區(qū)域承應變增加硬度也上升。因此為了得到平穩(wěn)的應力應變關系，RambergOsgood模型的夠精確地描述出測定的應力應變數據圖3顯示了在200℃和600℃下用RambergOsgood formulation測得的應力應變曲線。 ABAQUS要求材料應力應變關系是根據真實應力和塑性應變對數來定義的，而Eqs.(1)和（2）中，和分別是工程應力和工和應變，E是楊氏模量所有模的材料熱膨脹系數取自EN 199312［8］。 （1） （2） 角部材料性能不銹鋼的機械性能對冷作水平很敏感，%屈服強度應高于平滑區(qū)域的。數值模擬中若未能加強這些區(qū)域強度，將會導致承載能力被低估或在現行研究中耐火性被低估。甚于取自冷作不銹鋼角部區(qū)域的材料所做的拉伸試驗，角部材料強度的預測值有所上升。有人提議，%（3）式計算。 （3）%屈服強度，是角部內半徑，是材料厚度。（3）式已在現行研究中被用來預測pressbacked截面的角部性能。還有人提出角部材料的極限強度u,%屈服強度基礎上估算，，u,v都由（4）式給出。（4）式此處用來估算角部材料的極限強度u,c。試驗結果顯示冷作下材料強度和硬度的退化大體上與退火材料相似。強度增強最多可保持到800℃，超過它后就消失了，因此，角部在高溫下的應力應變性能是建立在設定室溫下角部性能和測定的強度和硬度減小因子基礎上的，除了由于冷作產生的角部強度增加外，延伸出彎曲角的區(qū)域的強度增加程度也是很重要的。室溫下數值研究已顯示，pressbacked部分的角部強度增加現象一直延伸至角部外相當于材料厚度的距離內，而在軋制成型部分這個延伸距離為厚度2倍。目前的研究中，模型靈敏性研究建立在4個SCI柱試驗基礎上的，%屈服強度的測量值和角部材料強度的計算值，總結了靈敏性研究的結果。有限元模型有三種：（1）沒有角部強度增強現象（FE）,（2）角部強度增強現象僅發(fā)生在彎曲角部分，（3）角部強度增強現象延伸至彎曲角外相當于材料厚度大小的距離內（FE）模型包括了全局缺陷幅度L/1000,L是柱長。結果大體上是顯示出隨著強度區(qū)域的增大，對于測試行為的預測值有顯著提高，對耐火能力的高估是由于測試樣本的不佳表現，而不是模型缺陷。角度強度增強的重要性將取決于截面的幾何形狀，尤其是角部面積與總橫截面積的比值。然而，表格4中的比較顯示不考慮角部強度增強將會導致它的耐火能力降低大約5％～10％。 殘余應力殘余應力對結構部件的影響是引起橫截面某部分過早屈服，因此減少硬度對于冷作截面，殘余應力主要是在塑性變形過程中產生的。然而，［20，24］研究得出結論，結果材料特性是建立券剪下來的橫截面。這些彎曲殘余應力的影響將先天存在，不需要在有限元模型中明確定義。在一項由Gardner和Nethercot做的研究報告中，估算了不銹鋼殘柱模型對表層殘余應力的敏感性。有限元模擬其它參數相同條件下，分別進行了有無殘余應力的模擬試驗。結果顯示殘余應力引起殘柱硬度的下降，但是對它們的整體變化或最終承載能力無太大影響。［25］也得出相似的結論，在高變形高溫下，殘余應力影響可忽略不計，因此在現行研究中被忽略。所有的結構構件包含幾何缺陷，會對結構行為產生重要的影響。全局缺陷和局部缺陷都包括進現在的研究中，Gardner和Nethercot做了一系列室溫下有著不同缺陷大小的不銹鋼鋼柱模型，缺陷幅度分別是L/1000，L/2000，L/15000，L是柱長。比較顯示整體缺陷幅度為L/2000的有限元模擬結果和實測結果最為吻合。在現行的高溫研究中，考慮了三種缺陷形式，L/2000 ，L/1000和L/500，被用于數值模型中結果如表格與所示。在整體缺陷敏感性研究中，僅僅在彎曲角部分強度增強，比較顯示，對于室溫下柱體彎曲整體缺陷為L/2000的，與高溫下試驗結果有較好的一致性。因此，全局缺陷為L/2000的繼續(xù)用以剩下的研究中。局部缺陷也包括在模型中，為了確保局部平面彎曲不受抑制。在接下來對不銹鋼空心部分缺陷的分析中，重新校正了Dawson和Walker提出的模型，從而給出了（5）式可預測局部缺陷幅度。 （5）%屈服強度，cr是彈性臨界平面彎曲應力，是材料厚度。通過三種缺陷大小，（5）式貫穿于剩下的研究中。4個柱體，RHS1501006，RHS150756，RHS100756和RHS2001506，由一層從末端延伸至距每根柱末端200的礦物纖維保護，3長暴露在外，如圖所示。估算了這種局部保護對柱體耐火能力的影響。每一步是在熱量僅施加于裸露部分情況下進行熱傳導分析，熱量傳遞至保護端熱傳導分析結果收等溫非線性分析來決定高溫下柱體反應，勢力學性能如EN 199112［2］和EN 199312［8］所言。表6比較了有無端部保護的兩種有限元模擬的結果，模型包括延伸至彎曲角外相當于材料厚度距離的強度增強區(qū)，整體缺陷幅度為L/2000，結果末端保護的作用是使耐火能力有微小上升。（大約平均4％）研究中采用開端保護的柱體有固定的邊界條件；這樣的柱體可以從末端保護中獲取更多的好處。 參數研究運用非線性有限元包ABAQUS對12個柱體進行了模擬。表7給出了試驗和有限元模擬結果的比較。大體上，有限元模擬的結果和實測結果得到了較好的吻合。有限元模擬低估測試樣品的耐火能力趨勢，也許主要是由于恒溫假設，此溫度在測試樣品表面上測得（即上限）。 背對背槽鋼的有限元模擬優(yōu)于測試，如前所述，這是由于測試樣本的不準表現，而不是模型的不足。從有限元模擬與實測的結果比較中，可得有限元模型能夠再現出不銹鋼柱在火中的反應。緊隨著測試與有限元結果的吻合，又進行了一系列的參數研究，為了研究出不銹鋼構件在高溫下的彎曲反應。參數研究基于對RHS150756截面的測試，采用了測定的材料性能。參數研究是為了探求橫截面大小的變化，構件細度和載荷比，而載荷比是根據EN 199312［8］定的。橫截面變化量是考慮了一系列橫截面厚度而得到的。表6顯示了參數研究的結果考慮了4種橫截面厚度，括號中給出了相應的橫截面分類：8（一級），6（二級）4（三級）和2（四級）。詳見圖6，結果顯示了所有的13級截面行為相似，大體上遵循Eurocode3設計曲線。然而，對于4級截面，吻合度較差。原因有兩方面。首先，負荷比是通過所施加載有的室溫抗彎力的標準化而得對于第四等級截面，室溫抗彎力的計算是基于局部截面彎曲的，這導致高負荷比。其次，EN %屈服應力一致的強度減小因子，而13等級截面采用稍高的應變極限使用了。本文第4和第５部分詳述了這些測試結果的比較，及第四級截面結果吻合度的提高。構件截面變化是通過考慮一系列柱長而得，表7顯示了研究結果。正如期望的那樣，一般趨勢表明隨負荷比上升臨界溫度減小，結果同樣表明臨界溫度隨負荷比的變化量與截面粗細有關。由于截面粗的柱體主要受強度衰減的控制，而截面細的柱體主要受材料硬度及其衰減的控制，而強度和硬度并不隨溫度認同一速率衰減，因此柱體的臨界溫度是取決于截面粗細的。 討論本部分描述了對火中的結構不銹鋼部件數值研究。數值再現了12個柱體彎曲測試的結果并進行了一系列靈敏性和參數研究，是為了弄清關鍵的獨立參數所產生的影響。主要的發(fā)現如下：不銹鋼構件在火中的非線性現象可被精確地數值再現。對幾何缺陷和殘余應力的敏感度較低。角部強度增強可使臨界溫度提高約5％。臨界溫度值依賴于截面粗細（在一給定的負荷比下）。第四級模型實行的遠比Eurocode3預測的要好。下文中，對不銹鋼耐火測試結果和現行的設計準則進行了比較，以試驗結果為基礎，再加上數值研究中的發(fā)現以及對結構部件彎曲行為的考慮。提出了對現行設計準則的修改。4． 與現行設計準則的比較本部分敘述了測試結果與現行設計準則的比較情況。在比較中，采用了測定的幾何和材料性能，所有的局部因素等同為整體的。以便進行直接的比較，由Eurocode3設計準則計算出的耐火力與［12］中給出的稍有不同，這是由于新的有效的寬度公式及測定的強度值的使用，最終強度用來確定2％應變下的強度減小因子。 Eurocode3．1，2部分在EN199312［2005］中，在某一溫度下一個壓縮部件的設計彎曲應力，13級截面的可由（6）式確定，4級截面的由（7）式確定: （6） （7）其中由下式求得： （8）其中： （9）其中由下式求得： （10） （11）在正常的溫度設計中，橫截面應該分類，而值則由（12）式給出。 （12）盡管這時作者來說有些不一致，Annex E of EN199312［2005］指出，4級截面室溫下有效的截面性能應該確定，彎曲應力應該在室溫截面性能的基礎上隨之確定。（9）式中的值取決于材料屈服強度，因此Eurocode3彎曲曲線不能直接與柱體彎曲測試比較。圖8給出了=300和500時Eurocode3曲線與可得的試驗結果的比較。表8給出了臨界溫度下測試彎曲臨界載荷與預測的彎曲應力的比較。表格9給出了殘柱試驗結果和預測的臨界載荷的比較。 Inox/SCI設計手冊Euro Inox/SCI設計手冊將室溫橫截面分類法運用于高溫設計，由（13）式確定。 （13）， 盡管Euro Inox/SCI設計手冊中對的定義不同，橫截面的分類方法卻沒有改變，因此預定抗彎力相同。因此，柱體抗彎測試的結果與Euro Inox/SCI設計手冊的圖形比較與圖8給出的EN 199312的相似。表8和9分別了測試結果與預測的柱體抗彎力及短柱抗力的數值比較，得到了與EN 199312相同的結果。 CTICM/CSM提案CTICM/CSM提議了許多對EN 199312方法的改進措施，通過避免確定2％應變下的高溫強度來簡化計算，并提高了與試驗結果的吻合度。首先，它提議高溫下橫截面分類法應該遵循Euro Inox/SCI設計手冊中的方法。其次，%屈服強度為基礎，最后它建議高溫下采用prEN 199314（2004）［30］中的室溫彎曲曲線，這利用（8）式，而由 （14）式確定是缺陷因子，是極限細度，對于空心截面。圖9比較了CTICM/CSM彎曲曲線與測試結果比圖顯示了對于粗構件。測試結果通常被低估了，而對于細構件，測試結果通常被高估了，對粗構件測試結果的低估并不明顯，%屈服強度的使用所限，而測試數據顯示可獲得更大的應變。表9是短柱測試的結果，CTICM/。第5部分詳細討論了測試結果與三種設計方法的比較。 梁 199312（2005）中，在給定均勻溫度對可由式確定而3，4級截面梁的分別由（16）式和（17）式確定。對1，2截面，塑性性能由2％應變極限表征，對3級截面，彈性性能由2％應變極限表征，％塑性應變極限。梁截面彎曲力矩在非均勻溫度下的大小由（18）式確定。 （15） （16） （17） （18）是設計時斷面為均溫，等同于時刻的最高溫度，和分別是非均勻溫度下沿截面和沿梁長度上的修正系數。對于一未受保護的梁，三邊裸露于火中，第四邊支撐一塊混凝土板，=。局部安全因數，,可被視作是一致的。此處不考慮不銹鋼梁在火中的橫向彎扭，由于試驗的均為固定梁。對于柱體，EN 199312提出截面應該在室溫方法的基礎上分類，但采用（12）給出的修正因數。Euro Inox/SCI設計手冊在高溫設計時采用室溫截面分類方法，其它的遵循Eurocode方法。設計手冊中的由（13）式確定，CTICM/CSM滑提出對梁的修改。表10給出了每個梁測試中，設計彎曲力矩和測試中施加的彎矩的比較，不銹鋼的設計彎曲力矩是根據EN 199312和Euro Inox/SCI設計手冊確定的，在比較中，采用測定的幾何和材料性能，所有的局部因數視作是一致的。比較顯示，根據EN 199312方法和Euro Inox/SCI設計手冊。不銹鋼柱、梁的所有測試結果都已和現行的設計準則作比較。表810給出的比較大體上揭示出現行設計方法的保守性和預測的不精確性，部分是由于彎曲處理的不一致性以及不適當