钢筋混凝土框架结构局部火灾反应分析与可视化

论文摘要

建筑火灾是当前损害国民财产、威胁人身安全的主要灾害之一,每年造成的财产损失和人员伤亡数量触目惊心。本文结合湖南省科技计划项目,对钢筋混凝土框架结构局部火灾反应过程进行了研究,开发了钢筋混凝土框架结构局部火灾下的温度场计算以及结构反应分析程序。主要研究内容如下：(1)对国内外关于钢筋、混凝土高温热力学性能进行了总结和比较,从而选取适当的参数,为钢筋混凝土框架温度场模拟和计算提供了基础。(2)介绍了二维温度场三结点三角形单元的导热刚度矩阵、蓄热刚度矩阵、边界贡献矩阵以及温度荷载向量的推导过程,并且对号入座组集成温度总刚、蓄热总刚、总体温度荷载向量。基于二维温度场的瞬态模型,编制了局部火灾下钢筋混凝土框架结构的内部温度场计算分析程序,并进行了三面受火的钢筋混凝土矩形构件截面内部温度场的计算与分析,得到了钢筋混凝土构件截面内部温度场的分布及其随时间的变化规律。(3)把受火钢筋混凝土非均匀截面等效成常温下的钢筋混凝土截面,基于这种方法并结合已有的钢筋混凝土框架结构抗火研究基础,推导了局部火灾下钢筋混凝土框架内力和变形实用计算公式,并编制了框架结构内力计算程序。先计算受火构件的等效截面,然后将荷载和火灾高温共同作用下产生的内力和变形进行叠加。给出一个钢筋混凝土框架结构火灾下的内力和变形计算的算例,并与有限元软件ANSYS计算结果进行了对比,结果表明,本文的实用计算方法结果与ANSYS分析结果吻合良好。(4)对计算模拟程序所采用的VB语言进行了介绍。将程序按照功能分为了文件系统模块、数据输入模块、图形交互输入和显示模块、火灾过程计算模拟模块四部分。分别对每个模块的结构设计、功能设计以及实现方法进行了详细的说明。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题来源和研究内容
• 1.3.1 课题来源及意义
• 1.3.2 本课题的研究内容
• 第二章 RC框架结构构件温度场计算模拟
• 2.1 升温曲线
• 2.2 钢材的热力学性能
• 2.3 混凝土材料的热力学性能
• 2.4 计算构件内温度场的数学模型
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 边界条件和初始条件
• 2.4.3 有限元方程推导
• 2.4.4 单元的剖分和温度场的求解
• 2.5 温度场计算分析功能模块的实现
• 第三章 钢筋混凝土框架结构局部火灾下内力与变形计算
• 3.1 等效截面法
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 混凝土抗火等效截面的确定
• 3.1.3 钢筋的高温强度简化模型
• 3.2 火灾作用下结构构件内力计算的基本假设
• 3.3 受火梁与柱温度内力及变形的计算
• 3.3.1 受火梁温度内力及变形的计算
• 3.3.2 受火柱温度内力及变形计算
• 3.4 局部火灾下钢筋混凝土框架结构内力计算算例
• 第四章 FRPARCFS软件功能设计及其实现
• 4.1 软件编制语言的选择
• 4.2 主要功能模块的设计
• 4.2.1 文件系统界面的设计
• 4.2.2 数据输入模块功能的设计
• 4.2.3 图形交互输入和显示的设计
• 4.2.4 火灾过程计算的设计
• 4.3 主要功能模块的实现
• 4.3.1 数据输入模块功能的实现
• 4.3.2 图形交互输入和显示的实现
• 4.3.3 火灾过程计算模拟的实现
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 存在的问题以及有待进一步开展的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目