0 引 言
目前，大跨度钢拱结构得到广泛的应用，与一般使用的钢结构相比，此类型结构在同等条件下具有强度更高，重量更轻，制作更方便，以及可回收利用等优点，然而当火灾发生时，可对大跨度钢拱造成严重的破坏，因而对其进行抗火设计研究十分必要。目前国内外研究者对大跨度钢曲杆进行了一些研究和探索，李加雷研究了钢拱结构在高温下的稳定性变化问题 , 对于火灾高温下大曲率两铰圆弧钢拱的平面内稳定及临界荷载的变化，给出了高温下两铰圆弧钢拱的平面内稳定临界荷载的计算表达式 , 分析了其随火灾温度的变化规律[1];熊仲明以 46.5 m 大跨度弧形钢拱结构实际工程为背景，基于有限元 ANSYS 软件分别建立了单榀钢拱及整体结构的有限元模型，并进行了特征值屈曲分析和几何非线性分析，找出了单榀结构和整体结构的屈曲模态，研究了缺陷对单榀结构和整体结构的敏感程度[2];国内外专家学者对大跨度钢拱的承载性能进行了相关研究[3]-[11],但对于高温（火灾）下大跨度钢曲杆的承载性能研究较少。本文根据火灾科学理论、钢结构及力学原理，根据钢曲杆在高温（火灾）下有可能产生的灾害情况，分析了不同参数对三铰拱、两铰拱、无铰拱力学特性的影响，并以实例进行说明，从而提出了如何提高钢曲杆承载性能的相关措施。
1 三铰拱内力与变形分析
1.1 三铰拱静力分析
三铰拱形式的钢曲杆是一种分为带拉杆与不带拉杆的静定结构[11].本文采用无拉杆钢曲杆进行内力分析，并将其与简支梁内力分析进行比较，来分析该类型钢曲杆受力特性。图 1 为钢曲杆受力分析图，根据力的平衡原理可得钢曲杆内力分别为：
从图 2 可以看出，钢曲杆 K 截面处的位移随温度的增加而增加，成正对应关系，但由图中数值可看出变化非常小，因此温度对静定钢曲杆变形的影响在无附加外力作用时几乎可忽略不计。
2 不同参数对两铰拱、无铰拱力学性能的影响
2.1 温度变化与结构变形的关系
对于两铰拱形式的钢曲杆，在不受外荷载作用，由其他影响因素的变化而产生的结构内力。
其中，结构在温度变化情况下产生的自内力，可按如下力法进行求解。如图 3 所示，根据力法基本原理以及钢曲杆受温度变化的变形协调条件，得出钢曲杆的内力计算公式：
由图5至图10分析可知：
（1）当钢曲杆温度T 为定值，随着矢跨比 f /l增大，构件内力减小，则钢曲杆承载能力降低；随着热膨胀系数增大，构件内力也就增大，则相应钢曲杆承载能力增大。
（2）当钢曲杆在外荷载q 为定值，随着外界环境温度T 升高，其构件内力随之增大，钢曲杆承载能力随之增大。
（3）构件内力N 随着自重力q 增加而增大，矢跨比 f /l 较小，其构件内力增加的速度较矢跨比大的快，即结构更容易出现失稳情况。
（4）两铰拱和无铰拱两种形式的钢曲杆在相同工况条件下，后者的承载性能优于前者。
3 结语
本文从影响钢曲杆稳定性能的参数如钢曲杆矢跨比、热膨胀系数和温度等出发，选择三铰拱、两铰拱、无铰拱三种钢曲杆形式进行内力分析，推导出钢曲杆内力和变形与温度等影响因素有关的计算公式，并分析了相关参数对钢曲杆力学特征的影响，得出以下主要结论和建议：
（1）钢曲杆在温度变化值一定时，随着钢曲杆热膨胀系数增大，曲杆内力就增大，则相应的钢曲杆承载能力越低。在选择钢材种类时应注意选择热膨胀系数相对较小的钢种。
（2）钢曲杆在外荷载为定值时，随着外界环境温度升高，其钢曲杆内力随之增大，则相应的钢曲杆承载能力越低。通常情况下结构外界环境温度过高非常不利于结构承载性能。
（3）当钢曲杆矢跨比不同时，构件内力不仅随着构件外荷载增加而降低，也受其大小的影响，矢跨比较小的，其内力增加的速度较矢跨比大的快，即结构更容易出现失稳情况，所以设计时更应注意矢跨比的合理选择。
（4）两铰拱和无铰拱两种形式的钢曲杆在相同工况条件下，后者的力学性能优于前者，为以后钢曲杆在高温（火灾）条件下研究提供了参考。
参考文献：
[1]李加雷 , 韩玉来 , 鞠竹 , 等 . 高温下两铰圆弧钢拱平面内稳定临界荷载分析 [J]. 哈尔滨工程大学学报 ,2013（7）：862-865.
[2]熊仲明 , 韦俊 , 曹欣 , 等 .45.6 m 大跨度弧形钢拱结构的稳定及其缺陷影响分析 [J]. 工程力学 ,2009（11）：172-178.
[3]王秀丽 , 陈志祥 . 新型加强型钢拱梁的性能分析及优化 [J]. 建筑科学 ,2007,23（3）：1-5.曹欣 . 大跨度多弧形钢拱结构的受力性能研究 [D].
[4]西安 : 西安建筑科技大学 ,2008.麻文娜 . 大跨度钢拱结构抗震性能的研究 [D]. 西安 :西安建筑科技大学 ,2010.
[5]黄珏倩 , 李国强 . 大空间火灾中火焰辐射对钢构件升温的影响 [J]. 自然灾害学报 ,2008,17（5）：87.
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