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鋼框架結構的火災模擬及有限元分析

2016-11-10 18:17:58 來源: 閱讀數:1108

鋼材料有良好的結構特性,常作為鋼結構類建筑的主要建材。但其材料性能對溫度非常敏感,彈性模量及材料強度在200℃前與常溫時相當,到500攝氏度時只有常溫時的一半左右,到600℃時鋼材達到材料塑性階段,基本喪失承受荷載能力。火災作為建筑物受損的常見形式,往往使得建筑物內的溫度達到800-900℃左右,并持續很長時間,導致建筑物承載能力下降甚至坍塌,帶來巨額的經濟損失和大量的人員傷亡。<br>  目前國內外對結構中獨立構件的結構抗火分析已經比較完善,對鋼框架的整體抗火性能的研究還不夠深入全面。鋼結構抗火設計中首要工作即是對火災發生時空間的溫... 鋼材料有良好的結構特性,常作為鋼結構類建筑的主要建材。但其材料性能對溫度非常敏感,彈性模量及材料強度在200℃前與常溫時相當,到500攝氏度時只有常溫時的一半左右,到600℃時鋼材達到材料塑性階段,基本喪失承受荷載能力。火災作為建筑物受損的常見形式,往往使得建筑物內的溫度達到800-900℃左右,并持續很長時間,導致建筑物承載能力下降甚至坍塌,帶來巨額的經濟損失和大量的人員傷亡。
  目前國內外對結構中獨立構件的結構抗火分析已經比較完善,對鋼框架的整體抗火性能的研究還不夠深入全面。鋼結構抗火設計中首要工作即是對火災發生時空間的溫度分布的描述。目前對火災全過程空間溫度分布多限于使用標準升溫曲線來進行模擬計算,但實際火災時的溫度變化與標準升溫曲線存在較大差異。不同的火災荷載、不同的建筑形式、其溫度分布趨勢與數值都有很大差異,而這種差異會直接導致后續的熱——結構耦合分析中結構力學反應的不同。此外,假定溫度沿梁橫斷面均勻分布或線性分布,這都與真實情況不符,也未實現熱——結構的真正耦合計算。針對以上情況,本文作了以下研究工作:
  1.概括總結鋼結構抗火方面的研究現狀,較為系統的比較各國關于鋼材料及混凝土材料等物理性能和熱工參數。考慮高溫下鋼的非線性性能,并結合實際情況取值,從而確定了本文在熱——結構分析過程中所需參數;
  2.采用火災模擬軟件FDS建立某間辦公室的實際受火模型,模擬其發生火災時煙霧流動,火勢發展,室內溫度場等規律,并詳細分析了通風口對室內發生火災時溫度場的影響,確定室內升溫曲線,為更準確的模擬火災下鋼框架結構的抗火性能提供較為準確的溫度載荷;
  3.采用ABAQUS對鋼構件內部溫度場進行傳熱分析,將分析得到的溫度場與標準升溫曲線下的溫度場進行對比,分析二者差異。在整體結構響應分析中將火災模擬所得的溫度場作為熱——結構耦合分析中的體荷載,進行有限元計算,得到梁跨中撓度的變化規律并以此推斷結構的抗火時間,此外還分析整體框架及混凝土樓板的應力、變形等規律。

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