压型钢板—混凝土组合楼板连续板火灾行为非线性有限元分析

论文摘要

随着我国高层建筑的发展,压型钢板.混凝土组合楼板在高层建筑中的应用非常广泛。压型钢板-混凝土组合楼板是一种十分合理的结构形式,能充分发挥两种不同材料的受力性能。目前我国高层建筑中的组合楼板,较多采用板内按结构受力情况另外配筋,这种设计方法没有充分发挥材料的性能,其最主要的原因是由于缺乏对压型钢板-混凝土组合楼板抗火性能的研究。本文在压型钢板-混凝土组合楼板连续板火灾试验的基础上,通过利用大型通用有限元分析软件ANSYS对高温下压型钢板-混凝土组合楼板连续板进行数值模拟分析,并与试验值作比较,主要做了如下几个方面的研究工作:1)本文通过使用大型通用有限元分析软件ANSYS对火灾下压型钢板-混凝土组合楼板温度场和抗火性能进行分析,明确了在进行分析时单元类型和材料属性的选取以及规范的分析步骤,对以后使用ANSYS进行压型钢板-混凝土组合楼板进行火灾下的数值模拟具有一定的参考价值。2)火灾下压型钢板-混凝土组合楼板温度场的模拟。本文通过模拟火灾下压型钢板-混凝土组合楼板温度场的分布情况,并把所计算的温度场结果与已有的试验结果进行比较,验证使用ANSYS分析组合楼板连续板温度场的正确性和可靠性。3)火灾下压型钢板-混凝土组合楼板连续板抗火性能分析。本文在温度场分析的基础上,对组合楼板连续板在四种火灾工况下进行抗火性能的分析,并与试验所测的结果进行比较,验证使用ANSYS分析组合楼板连续板抗火性能的正确性和可靠性。4)火灾下影响压型钢板-混凝土组合楼板连续板温度场和抗火性能的参数分析。本文通过对影响组合楼板连续板温度场和抗火性能的主要因素进行分析,揭示了影响组合楼板连续板温度场和时间-挠度关系的敏感因素,从而为组合楼板连续板在实际工程设计中得以广泛应用提供理论上的指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 压型钢板-混凝土组合楼板简介
• 1.1.1 组合楼板的特点
• 1.1.2 组合楼板的分类
• 1.1.3 组合楼板的优点
• 1.2 火灾的危害及抗火设计的意义
• 1.2.1 火灾的危害
• 1.2.2 抗火设计的意义
• 1.3 国内外混凝土组合楼板抗火研究现状
• 1.3.1 国内混凝土组合楼板抗火研究现状
• 1.3.2 国外混凝土组合楼板抗火研究现状
• 1.4 本文的研究方法和目的、内容
• 1.4.1 研究方法和目的
• 1.4.2 研究内容
• 参考文献
• 第2章 有限元理论基础及传热学基本原理
• 2.1 有限元分析方法
• 2.2 ANSYS有限元分析软件简介
• 2.3 ANSYS中热分析及热-应力耦合场分析概述
• 2.3.1 ANSYS中热分析
• 2.3.2 ANSYS中热-应力耦合场分析
• 2.4 传热学原理简介
• 2.4.1 温度场
• 2.4.2 傅里叶定律
• 2.4.3 导热微分方程
• 2.4.4 传热学中三种基本热传递方式
• 2.4.5 传热学中的边界条件与初始条件
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第3章 高温下钢和混凝土的材料特性
• 3.1 引言
• 3.2 高温下钢的热工性能
• 3.2.1 钢的比热
• 3.2.2 钢的传导系数
• 3.2.3 钢的密度
• 3.3 高温下混凝土的热工性能
• 3.3.1 混凝土的比热
• 3.3.2 混凝土的导热系数
• 3.3.3 混凝土的密度
• 3.4 高温下钢的力学性能
• 3.4.1 热膨胀系数
• 3.4.2 屈服强度
• 3.4.3 弹性模量和泊松比
• 3.4.4 应力-应变关系
• 3.5 高温下混凝土的力学性能
• 3.5.1 热膨胀系数
• 3.5.2 抗压和抗拉强度
• 3.5.3 弹性模量和泊松比
• 3.5.4 应力-应变关系
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第4章 压型钢板-混凝土组合楼板连续板火灾试验概述
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料
• 4.2.1 压型钢板
• 4.2.2 混凝土
• 4.3 连续板的设计
• 4.4 试验方案
• 4.5 试验结果
• 4.5.1 温度场
• 4.5.2 时间-挠度关系
• 4.5.3 时间-支座反力关系
• 4.6 本章小结
• 第5章 压型钢板-混凝土组合楼板连续板瞬态温度场有限元分析
• 5.1 引言
• 5.1.1 室内火灾的模化
• 5.1.2 标准升温曲线
• 5.1.3 等效爆火时间
• 5.1.4 本文采用的升温曲线及等效爆火时间
• 5.2 组合楼板瞬态温度场有限元分析
• 5.2.1 模拟温度场所用单元简介
• 5.2.2 温度场ANSYS分析的影响因素
• 5.2.3 组合楼板瞬态温度场有限元分析
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第6章 压型钢板-混凝土组合楼板连续板抗火性能有限元分析
• 6.1 引言
• 6.2 热-应力耦合分析所使用单元简介
• 6.2.1 混凝土单元SOLID65单元
• 6.2.2 压型钢板单元SHELL181单元
• 6.2.3 钢筋单元LINK8单元
• 6.3 组合楼板连续板抗火性能有限元分析
• 6.3.1 中跨受火
• 6.3.2 西跨受火
• 6.3.3 西、中跨同时受火
• 6.3.4 先西跨受火后西、中两跨同时受火
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第7章 参数分析
• 7.1 引言
• 7.2 温度场参数分析
• 7.2.1 组合楼板的厚度
• 7.2.2 混凝土的含水量
• 7.2.3 接触热阻
• 7.3 抗火性能参数分析
• 7.3.1 组合楼板的厚度
• 7.3.2 材料强度
• 7.4 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 温度场分析
• 8.1.2 抗火性能分析
• 8.1.3 参数分析
• 8.2 展望
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢