大跨度网壳结构火灾升温过程及结构性能分析

论文摘要

目前,建筑火灾特性的研究主要还集中在一般室内火灾上,对于大空间建筑火灾特性还缺乏深入研究。本文运用火灾模拟软件FDS模拟大跨度空间建筑火灾,对影响温度场分布的因素进行分析,并通过对大跨度网壳结构进行有限元数值分析,研究网壳结构在大火下的破坏机理。首先,本文采用FDS火灾模拟软件对某仓库实际火灾场景进行模拟,得到火灾过程中仓库内的温度场分布情况,最高温度为230?C。将温度场以节点荷载的形式施加到网壳结构上,进行有限元数值分析。有限元数值模拟杆件破坏情况与实际火灾的破坏情况一致,验证了温度分布的正确性和有限元分析过程的合理性。其次,为了考察大空间建筑在大火情况下温度场分布的影响因素,分别考虑四种典型的火源位置以及两种屋顶形式进行火灾场景模拟。经过对比空气最高温度发现,对于拱形屋顶,火源在墙角温度最高,达到700?C,火源在中央温度最低,为470?C;对于平屋顶也近似符合这一规律,不过相同火源位置的最高温度较前者低。最后,将得到的升温情况分荷载步施加到大跨度网壳结构上,进行结构的非线性有限元分析。考虑高温下钢材的弹性模量以及屈服强度的变化。运用单元生死的功能将受拉破坏以及受压屈曲的杆件去除,来模拟实际的杆件破坏过程。通过对四种火灾场景下的结构进行分析发现,不同位置发生火灾时,结构的抗火性能有所不同:火灾发生于建筑中央和山墙中部时结构抗火性能较好,而在墙角以及侧墙中部时抗火性能较差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 建筑火灾特性
• 1.1.1 建筑火灾的发展过程
• 1.1.2 建筑火灾的蔓延方式
• 1.2 大空间建筑火灾特点
• 1.3 大跨度空间结构的研究现状及问题
• 1.4 本文的研究工作
• 第二章 抗火设计性能研究的基本理论
• 2.1 火灾的基本知识
• 2.1.1 传热学基本原理
• 2.1.2 火灾过程模拟分类
• 2.1.3 FDS软件介绍
• 2.1.4 FDS程序各参数设定
• 2.2 建筑火灾温度场的确定
• 2.3 火灾对大跨度钢结构承载能力的影响
• 2.3.1 高温对钢材性能的影响
• 2.3.2 破坏的判定
• 2.4 小结
• 第三章 网壳结构真实火灾数值模拟
• 3.1 工程概况
• 3.2 火灾情况
• 3.2.1 火灾描述
• 3.2.2 火灾后现场
• 3.3 FDS火灾过程数值模拟
• 3.3.1 分析模型及火灾场景设置
• 3.3.2 仓库火灾过程数值分析结果
• 3.3.3 简化温度分区
• 3.4 火灾过程中网壳结构性能分析
• 3.4.1 网壳结构有限元分析模型
• 3.4.2 结构有限元分析结果
• 3.5 小结
• 第四章 大空间火灾温度场分布影响因素分析
• 4.1 拱形屋顶大空间建筑火灾升温过程分析
• 4.1.1 模拟过程相关参数的设定
• 4.1.2 四种火灾场景模拟的结果分析
• 4.2 平屋顶大空间建筑升温过程分析
• 4.2.1 模拟过程相关参数的设定
• 4.2.2 四种火灾场景模拟的结果分析
• 4.3 不同屋顶形式下火灾时的温度场对比
• 4.4 小结
• 第五章 大火作用下大跨度网壳结构破坏机理研究
• 5.1 数值模拟过程及结果分析
• 5.1.1 工程概况
• 5.1.2 有限元模型
• 5.1.3 温度场的设定
• 5.1.4 结构大火下破坏过程分析
• 5.2 不同场景下网壳结构的抗火性能分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢