双跨变截面门式钢刚架局部火灾下的反应分析

论文摘要

门式刚架轻型钢结构具有轻质高强、施工速度快、建筑造型美观、造价低等优点,同时随着我国钢产量的大幅度增加,其应用前景是非常广泛的。然而,耐火性能差是其致命缺点,钢材的强度、弹性模量等基本力学性能指标在高温下急剧下降,一旦发生火灾钢结构就有可能发生严重的破坏甚至过早地整体倒塌,所以对门式刚架结构的抗火问题进行研究具有十分重要的理论意义和工程实践意义。本文采用有限元方法,对工字形钢梁在不同位置火焰下横截面温度场的分布情况进行了分析,得到温度场分布云图及其分布规律。由于在ANSYS热辐射分析中,空间节点在开放系统中必须定义以保证能量守恒,本文提出的确定空间节点温度的方法对提高问题的分析精度有极大的帮助。本文分别在ISO834国际标准升温曲线和大空间升温曲线下,对变截面门式刚架这种常用的结构形式采用有限元方法进行了温度场分析,讨论了局部火灾条件下,火源位置对刚架梁升温的影响,得到了沿刚架梁轴向和高度方向的时间—温度曲线。在此分析基础上,对变截面门式刚架进行了弹塑性有限元分析,得到了不同火灾条件下变截面门式刚架的结构响应情况。通过对于不同火焰位置下钢构件和变截面门式刚架结构的火灾反应分析,能为今后的结构抗火工程的研究和实际工程的防火设计提供一定借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 结构抗火的目的与意义
• 1.3 结构抗火设计方法的发展
• 1.4 结构抗火研究现状
• 1.5 本文的研究思路和主要内容
• 第二章 室内火灾模型化及传热学基本理论
• 2.1 室内火灾的升温过程
• 2.2 火灾燃烧模型
• 2.3 标准升温曲线与等效爆火时间
• 2.3.1 标准升温曲线
• 2.3.2 等效爆火时间
• 2.4 热分析基本理论
• 2.4.1 温度场
• 2.4.2 传热方式
• 2.4.3 热分析有限元理论
• 第三章 火灾下钢材的特性
• 3.1 高温下结构钢的热物理特性
• 3.1.1 热膨胀系数
• 3.1.2 比热容
• 3.1.3 导热系数
• 3.1.4 密度
• 3.2 高温下结构钢的力学性能
• 3.2.1 强度
• 3.2.2 弹性模量
• 3.2.3 泊松比
• 3.2.4 高温蠕变与松弛
• 3.2.5 应力—应变关系模型
• 第四章 高大空间建筑火灾
• 4.1 高大空间建筑火灾的特点
• 4.2 基于区域模型的高大空间建筑火灾模拟
• 4.3 基于场模型的高大空间建筑火灾模拟
• 第五章 局部火灾下工字梁横截面温度场的有限元分析
• 5.1 有限元计算模型
• 5.2 空间节点温度的确定
• 5.3 热辐射分析
• 5.3.1 面－面问题及 AUX12 矩阵生成器
• 5.3.2 计算角系数的方法
• 5.4 不同火焰位置下工字梁横截面温度场的分布
• 第六章 双跨变截面门式钢刚架局部火灾下的反应分析
• 6.1 计算模型
• 6.2 门式刚架火灾下温度场分析
• 6.2.1 热分析有限元模型
• 6.2.2 ISO834 升温曲线
• 6.2.3 大空间升温曲线
• 6.3 门式刚架热—结构耦合分析
• 6.3.1 结构分析单元
• 6.3.2 ANSYS 热-结构耦合分析流程
• 6.3.3 结构抗火极限状态
• 6.3.4 热—结构耦合分析结果及数据处理
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 钢结构抗火工程展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研项目
• 致谢