火灾下钢结构的失效分析与防火保护

论文摘要

火灾对建筑物的危害是不可忽视的,随着近年来钢结构的发展,耐火性能差作为钢结构建筑的重要缺陷也越来越突出,随着温度的增长,钢材的强度、弹性模量等力学指标大幅下降,一旦发生火灾,若没有很好的保护,钢结构很有可能发生严重的破坏,甚至倒塌,造成严重的灾难性后果。严重的影响了钢结构建筑的发展。所以,尤其是9·11之后,国内外的诸多专家学者都对钢结构的抗火性能进行了大量的研究,而其研究的方法大多依赖于试验,这种方法可以实际的测量出构件的失效情况,但所需的费用也非常高昂,因此,通过利用ANSYS有限元分析软件,对火灾下钢结构的失效进行计算机模拟分析,具有重要的理论意义和经济价值。本文在综合了国内外的钢结构抗火研究动态,依照经典传热学理论,采用有限元的理念,并考虑材料和几何非线性对钢框架在火灾下的失效分析进行了研究。本文对比分析了两榀不同截面形式的钢框架在火灾后的失效状态,研究了截面形式对钢结构的抗火性能的影响。并对钢结构的防火保护方法进行了归纳和分析,为钢结构的抗火设计提供必要依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.1.1 火灾对钢结构的危害
• 1.1.2 部分国家和地区的钢结构抗火设计规范
• 1.1.3 钢结构的火灾模拟分析的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 火灾高温对钢结构材料的影响
• 2.1 高温下钢材的热物理性能
• 2.1.1 热膨胀系数
• 2.1.2 比热容
• 2.1.3 导热系数
• 2.1.4 密度
• 2.2 高温下钢材的力学性能
• 2.2.1 泊松比
• 2.2.2 国内外规范中的力学性能模型
• 第三章 建筑火灾的发展过程
• 3.1 火灾产生的条件
• 3.2 火灾的发展过程
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 初期增长阶段
• 3.2.3 轰燃阶段
• 3.2.4 全盛阶段
• 3.2.5 衰退阶段
• 3.3 影响火灾强度的因素
• 3.3.1 可燃物的燃烧性能
• 3.3.2 火灾荷载密度
• 3.3.3 可燃物的分布
• 3.3.4 室内通风与平面布置
• 3.4 室内火灾的燃烧模型
• 3.4.1 标准升温燃烧模型
• 3.4.2 实际火灾燃烧模型
• 3.4.3 两种火灾燃烧模型对比
• 3.5 等效爆火时间
• 第四章 传热学基本原理
• 4.1 传热方式
• 4.1.1 热传导
• 4.1.2 热对流
• 4.1.3 热辐射
• 4.2 传热基本定律及微分方程
• 4.2.1 傅里叶方程
• 4.2.2 热力学第一定律
• 4.3 定解条件及求解方程
• 第五章 钢结构火灾后的失效分析
• 5.1 ANSYS有限元热-结构耦合分析
• 5.1.1 热分析
• 5.1.2 结构非线性有限元分析
• 5.2 钢框架不同截面的火灾失效分析
• 5.2.1 基本假设
• 5.2.2 极限状态
• 5.2.3 计算模型
• 5.2.4 参数选取
• 5.2.5 温度场分析
• 5.2.6 应力分析
• 5.2.7 位移和变形分析
• 第六章 钢结构进行防火保护的办法分类及分析
• 6.1 混凝土
• 6.1.1 传统混凝土防火
• 6.1.2 金属网外包砂泵、陶粒混凝土或加气混凝土
• 6.2 防火板
• 6.2.1 防火板种类
• 6.2.2 防火板发展
• 6.3 防火涂料
• 6.3.1 防火涂料特性
• 6.3.2 薄型防火涂料
• 6.3.3 厚型防火涂料
• 6.3.4 薄型防火涂料与厚型防火涂料的比较
• 6.3.5 非反应性防火保护材料
• 6.4 外包柔性卷材
• 6.5 向钢结构构件内部充水
• 6.6 发泡防火漆
• 6.7 耐火钢
• 第七章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录