H型截面钢柱火灾行为的有限元分析及抗火简化计算研究

论文摘要

本论文对H型截面钢柱火灾行为进行了有限元分析及抗火简化计算研究。（1）对H型截面钢柱进行抗火简化计算,简化计算结果值与试验值进行比较分析。得出结论:钢柱在火灾作用下,沿弱轴方向的长细比大于沿强轴方向的长细比,沿弱轴方向的失稳临界力小于沿强轴方向的失稳临界力,钢柱沿弱轴方向先行破坏。对于不限制轴向变形钢柱,简化计算结果和试验值吻合较好,简化计算是可行的。（2）对H型截面钢柱进行火灾行为的有限元分析,包括几何非线性分析和材料非线性分析。其基本方程采用更新的拉格朗日格式,采用增量的分析方法。首先,导出以矩阵形式表示的火灾下空间钢柱的相应虚功增量方程。利用应变-位移的关系,进一步导出空间钢柱单元的线性和非线性刚度矩阵,得到空间钢柱单元的几何非线性刚度方程。再次,根据塑性力学的基本法则:屈服条件即（V.Mises）条件、一致性条件、流动法则、以及应力-应变的增量关系（其中应变增量包括弹性应变增量、塑性应变增量、温度应变增量）,导出火灾下空间钢柱单元的塑性刚度矩阵和弹塑性刚度矩阵,得到空间钢柱单元的热弹塑性刚度方程。运用Fortran进行相关编程,得出火灾作用下空间H型截面钢柱随着温度变化其侧向变形情况,所得计算值与试验值吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 火灾的危害
• 1.2 研究概况
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文研究目标
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 高温下结构钢的材料特性
• 2.1 高温下结构钢的热物理性能
• 2.1.1 钢的热传导系数
• 2.1.2 钢的比热
• 2.1.3 钢的热膨胀系数
• 2.1.4 钢的密度
• 2.2 高温下结构钢的力学性能
• 2.2.1 应力—应变关系曲线
• 2.2.2 泊桑比
• 2.2.3 等效屈服强度
• 2.2.4 初始弹性模量
• 2.3 本章小结
• 第3章 轴心受压钢柱抗火简化计算研究
• 3.1 火灾下轴心受压钢构件临界应力的计算
• 3.2 火灾下轴心受压钢构件的稳定系数
• 3.3 轴心受压构件抗火验算
• 3.4 算例
• 3.4.1 钢柱参数
• 3.4.2 算例一
• 3.4.3 算例二
• 3.4.4 简化计算结果与试验结果比较分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 H型截面钢柱火灾行为的非线性有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 几何非线性问题（有限变形理论）的基本方程
• 4.2.1 大变形条件下的应变和应力度量
• 4.2.2 几何非线性问题的表达格式
• 4.3 空间钢柱火灾行为的几何与材料非线性分析
• 4.3.1 基本假定
• 4.3.2 空间杆单元的几何非线性刚度方程
• 4.3.3 热弹塑性有限元分析（空间杆单元的材料非线性刚度方程）
• 4.3.4 坐标变换
• 4.3.5 非线性求解过程
• 4.4 理论结果与试验结果对比
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间所参与的课题
• 致谢