预应力组合网架结构的性能化抗火研究

论文摘要

预应力组合网架是在网架结构基础上,引入预应力概念并由钢及钢筋混凝土组合而成的一种空间结构,被广泛用于商场、学校等较长时间人员高度密集的建筑,在发生火灾时,若人员安全撤离之前结构破坏,极有可能造成难以估量的人员伤亡和重大的财产损失。然而,目前对于预应力组合网架的研究大多数集中在网架结构的静力及动力特性、索的张拉及布置等方法上;个别文献利用标准升温曲线对预应力组合网架的抗火性能进行了研究分析,目前为止还少有文献对其整体的抗火性能进行专门的研究。因此,运用性能化防火设计方法对预应力组合网架结构的整体抗火性能进行研究具有理论及工程上的重要意义。本文以某正放四角锥预应力组合楼层网架为工程背景,运用性能化防火设计方法,对其整体抗火性能和安全评估进行了研究分析。首先,确定性能化抗火设计目标,利用高大空间建筑火灾下的空气升温实用公式计算得到结构构件的实际升温曲线。其次,利用有限元分析软件ANSYS进行热分析,并将热分析得到的结果作为温度荷载施加于结构,再利用ANSYS进行结构分析,得到预应力网架结构的整体变形及耐火极限,并与按ISO834曲线分析得到的结果对比分析。再次,运用判断准则对结构在预定火灾下进行抗火安全设计与评估。最后,对网架长宽比、网架高度及火灾功率等多种因素对预应力组合网架的整体抗火性能影响进行分析研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 预应力组合网架研究现状
• 1.2.2 性能化防火的研究现状
• 1.2.3 国内外结构抗火研究现状
• 1.3 现存问题及论文主要研究工作
• 1.3.1 现存问题
• 1.3.2 本文的主要研究内容
• 第二章 传热学基本原理
• 2.1 建筑火灾与升温曲线
• 2.1.1 建筑火灾
• 2.1.2 升温曲线
• 2.2 传热学基本原理
• 2.2.1 热分析类型
• 2.2.2 热传递方式
• 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
• 第三章 预应力组合网架的材料特性
• 3.1 材料的热工性能
• 3.1.1 混凝土的热工性能
• 3.1.2 结构钢的热工性能
• 3.2 材料的高温下力学性能
• 3.2.1 混凝土的高温下力学性能
• 3.2.2 结构钢的高温下力学性能
• 3.2.3 预应力索的高温下力学性能
• 3.3 本章小结
• 第四章 预应力组合网架结构性能化抗火分析
• 4.1 算例及基本假定
• 4.1.1 算例
• 4.1.2 基本假定
• 4.2 温度荷载
• 4.2.1 钢管与预应力索的升温过程
• 4.2.2 上弦混凝土梁板的升温过程
• 4.3 性能化抗火分析和评估
• 4.3.1 结构抗火设计目标
• 4.3.2 破坏准则
• 4.3.3 荷载效应组合方式
• 4.3.4 结构位移分析
• 4.4 影响预应力组合网架抗火性能的因素
• 4.4.1 火灾功率的影响
• 4.4.2 释热速率的影响
• 4.4.3 网架长宽比的影响
• 4.4.4 网架厚度的影响
• 4.4.5 网架跨度的影响
• 4.4.6 混凝土板厚度的影响
• 4.5 结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢