火灾下钢框架抗连续倒塌计算分析方法的研究

论文摘要

目前,结构的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题,因而日益受到关注。国外已经对连续倒塌问题进行了三十余年的研究,提出了一些结构抗连续倒塌设计分析方法。自“9·11”事件以来,火灾下的结构连续倒塌引起了人们的重视,火灾作为偶然作用具有作用时间长、影响范围大以及热—静力耦合作用等特殊性,因此,单纯关注局部关键构件破坏引起的结构反应的设计分析方法并不适用于火灾下的结构抗连续倒塌的计算分析。本文参考了国内外结构抗连续倒塌的研究成果,以及规范中的相关规定,针对火灾的特殊性,提出了“基于多重荷载路径方法和局部抵抗特殊偶然作用方法的全过程分析法”。钢结构因具有强度高,重量轻,韧性好等优点,被广泛应用于建筑结构中,但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点一旦发生火灾钢结构建筑可能发生严重的局部破坏,甚至引发过早的连续倒塌。本文以钢框架为例,使用上述方法对钢结构进行火灾反应分析,得到钢框架在火灾中的温度分布及破坏过程,并对残余结构的力学特性进行了评估。本文使用非线性有限单元分析软件ANSYS对钢框架遭受火灾进行了全程的模拟分析。建立了钢框架在火灾条件下的传热模型,外力荷载和温度荷载共同作用下的受力模型,综合考虑材料非线性和几何非线性,对其底层角部房间受火时的抗火分析研究。同时给出了钢框架因火灾导致破坏后的的静力简化分析方法,对其遭受局部房间破坏后的整体结构的抗连续倒塌性能进行计算分析。本文最后对全过程分析法和静力简化分析法的结果进行了比较,得出结论,静力简化分析法计算得到的结果小于全程分析法,在使用时应乘以放大系数,进行修正。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的及意义
• 1.2 结构抗连续倒塌研究的发展
• 1.2.1 第一次高潮
• 1.2.2 第二次高潮
• 1.2.3 第三次高潮
• 1.3 结构抗连续倒塌的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 结构抗连续倒塌的规范和分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 有关结构抗连续倒塌的国外规范
• 2.2.1 英国规范规程
• 2.2.2 欧洲Eurocode1
• 2.2.3 美国的相关规范规程
• 2.3 有关连续倒塌的国内规范
• 2.4 有关结构抗连续倒塌的设计方法
• 2.4.1 概念设计措施
• 2.4.2 拉结强度法
• 2.4.3 拆除构件法
• 2.4.4 关键构件法
• 2.5 结构抗连续倒塌分析方法
• 2.5.1 直接设计法
• 2.5.2 间接设计法
• 2.5.3 本文采用的分析方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 钢结构受火失效分析
• 3.1 引言
• 3.2 火燃烧分析
• 3.2.1 室内火灾的发展过程
• 3.2.2 标准火燃烧模型
• 3.2.3 室内温度传播
• 3.2.4 等效曝火时间
• 3.3 高温下结构钢的材料特性
• 3.3.1 高温下钢材的物理特性
• 3.3.2 高温下钢材的力学性能
• 3.4 利用ANSYS对火灾下的钢结构进行失效分析
• 3.4.1 使用ANSYS进行温度场分析的基本理论
• 3.4.2 利用ANSYS进行温度场分析
• 3.4.3 高温下钢框架结构分析
• 3.5 基于多重荷载路径法的拆除构件法
• 3.5.1 有限元模型
• 3.5.2 计算结果
• 3.5.2 残余结构的力学性能
• 3.5.3 全过程分析法和拆除构件法比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 火灾下结构抗连续倒塌简化计算分析
• 4.1 引言
• 4.2 静力弹塑性分析方法
• 4.2.1 静力弹塑性分析方法简介
• 4.2.2 算例分析
• 4.3 静力弹塑性与全过程分析结果比较分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢