压型钢板组合楼板温度场及其抗火性能研究

论文摘要

火灾产生的高温可使建筑结构严重破坏甚至倒塌,为了保证建筑结构具有足够的抗火能力,必须进行建筑结构的抗火分析。近年来,压型钢板-混凝土组合楼板（以下简称组合楼板）已在工程领域得到了较大的发展和广泛的应用。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,施工速度快,延性好,抗震性能优越。目前国内还没有制订该类结构防火及耐火设计的规定,不能适应建设工程发展的需要。因此,深入地研究组合楼板的耐火性能及耐火设计方法具有重要的理论价值和实用意义。首先本文分析了压型钢板-混凝土组合结构中结构钢和混凝土的高温材性特性,确定了高温下组成组合楼板的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型。其次研究了火灾下组合楼板的温度场,要研究压型钢板-混凝土组合楼板的抗火性能,首先要研究压型钢板.混凝土组合楼板的温度场。根据传热学中的基本原理,采用有限元方法,对火灾下压型钢板-混凝土组合楼板的温度场进行了分析,得到了瞬态温度场分布云图及温度随时间变化的曲线,并与试验结果进行比较,二者吻合较好。表明所建立的计算模型合理、模拟方法正确、可行;同时建立压型钢板组合楼板二维以及三维温度场有限元模型,比较了两个不同仿真模型的计算结果,从而得出最佳计算模型,可为计算火灾下构件温度场提供参考。最后文章研究了简支板抗火性能。应用ANSYS软件计算了组合楼板在标准的升温模式下的温度场,然后利用ANSYS的耦合分析,将温度场导入结构分析中,分析了火灾下简支板随温度升高时反应并与试验结果进行了比较。结果基本上一致,验证了仿真结果的正确性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.2 结构抗火问题的研究现状
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 结构抗火研究的主要内容
• 1.3 压型钢板-混凝土组合楼板发展概况
• 1.3.1 组合楼板的分类
• 1.3.2 组合楼板的优点
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 传热学基本原理及高温下材料的特性
• 2.1 室内火灾升温曲线
• 2.2 传热学基本原理
• 2.3 热传导分析的有限元法
• 2.3.1 稳态热传导的有限单元法
• 2.3.2 瞬态热传导的有限单元法
• 2.3.3 方程的解
• 2.4 高温下压型钢板组合楼板的材料特性
• 2.4.1 引言
• 2.4.2 高温下结构钢的热学特性
• 2.4.3 高温下钢材的力学性能
• 2.4.4 高温下混凝土的热物理性能
• 2.4.5 高温下混凝土的力学性能
• 2.5 本文所采用的材料模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 压型钢板-混凝土组合楼板温度场分析
• 3.1 引言
• 3.2 温度场分析理论
• 3.2.1 模型的简化
• 3.2.2 ANSYS温度场模拟所使用的单元简介
• 3.2.3 有限元分析模型假定
• 3.3 组合楼板温度场数值分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 组合楼板抗火性能的有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 应力场模拟所使用的单元简介
• 4.2.1 混凝土单元SOLID65
• 4.2.2 SOLID45
• 4.2.3 LINK8单元
• 4.3 火灾下结构的极限状态与结构抗火设计方法
• 4.3.1 火灾下结构的极限状态
• 4.3.2 火灾下结构抗火设计方法
• 4.4 火灾下钢筋和混凝土的粘结性能
• 4.5 有限元模拟
• 4.5.1 简支板挠度-时间变化规律
• 4.5.2 结论
• 4.6 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 参考文献
• 致谢
• 附录