论文摘要
薄壁型钢-混凝土组合框架结构是一种新型的结构形式,目前国内外仅对单个组合构件的耐火性能有所研究,而对结构的整体耐火性能及抗火设计方法的研究尚未开展。论文在考虑材料非线性和几何非线性的基础上,采用有限单元与有限差分相结合的方法,编写了ANSYS热分析程序,分析了薄壁型钢-混凝土组合框架各截面的温度场,计算结果得到了相关文献的验证。其次,建立了常温下求解薄壁型钢-混凝土组合框架极限承载力非线性有限元模型,为火灾下施加“静力荷载水平”提供依据,有限元计算结果与文献试验结果吻合较好。然后,通过算例验证了采用ANSYS软件进行结构抗火性能分析的可行性,经济准确地计算出了组合框架在不同时间的抗火响应。最后,设计了一榀单层单跨薄壁型钢-混凝土组合框架,对其在火灾下的抗火性能进行了实验研究,实验结果验证了理论分析模型的合理性、准确性和可靠性。通过理论分析、有限元软件的模拟计算,以及实验研究,得到以下主要结论:（1）在ISO-834升温曲线作用下,构件截面的温度场分布是不均匀的,故单纯地采用临界温度来判定结构是否失效是不准确的;（2）荷载水平对薄壁型钢-混凝土组合框架的耐火极限影响很大,总能找到一个最佳荷载比,使得组合框架的耐火极限达到最大;当荷载比一定时,防火保护层厚度对组合框架的耐火极限影响显著,而其他参数对组合框架耐火极限影响很小;（3）高温下薄壁型钢-混凝土组合框架的破坏主要表现为钢板的局部屈曲;（4）薄壁型钢-混凝土组合框架在不加防火保护时的耐火极限仅为815min左右,多数情况下需要采取防火保护才能达到《建筑设计防火规范》规定的耐火极限要求;（5）由于填充混凝土的吸热作用及其能有效阻止薄壁钢板局部屈曲的过早发生,组合框架的抗火性能明显要好于同等条件的纯钢框架结构。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 薄壁型钢-混凝土组合结构的概念和特点1.2 课题的研究背景与意义1.3 国内外研究现状1.4 本文研究方法和主要内容第二章 结构材料特性2.1 高温下结构钢物理特性及力学性能2.1.1 高温下结构钢的物理特性2.1.2 高温下结构钢的力学性能2.2 高温下混凝土物理特性及力学性能2.2.1 高温下混凝土的物理特性2.2.2 高温下混凝土的力学性能2.3 防火涂料的热工性能2.4 本章小结第三章 薄壁型钢-混凝土组合框架温度场分析3.1 室内火灾标准温度－时间曲线3.2 热分析类型及传热方式3.2.1 热分析类型3.2.2 传热方式3.3 热传导方程的定解条件及求解方法3.3.1 定解条件3.3.2 温度场的求解方法3.4 有限元模型的建立及验证3.4.1 基本假定3.4.2 单元选取及热边界条件3.5 温度场分布模拟3.6 温度场影响因素分析3.6.1 钢板厚度3.6.2 截面尺寸3.6.3 保护层厚度3.6.4 内填混凝土的影响3.7 本章小结第四章 常温下薄壁型钢-混凝土组合框架的承载力4.1 概述4.2 文献相关试验简介4.3 非线性有限元模型的建立4.3.1 基本假定4.3.2 单元类型的选择及本构模型4.3.3 单元划分、约束、加载方式及求解方法4.3.4 模型验证4.4 常温下承载力4.4.1 极限荷载计算4.4.2 影响因素分析4.5 本章小结第五章 薄壁型钢-混凝土组合框架的耐火极限5.1 概述5.2 耐火极限的计算方法5.2.1 基本假定5.2.2 理论基础5.2.3 计算过程5.2.4 火灾下结构构件承载力极限状态的判别标准5.3 热-结构耦合场分析在ANSYS 中的实现5.3.1 概述5.3.2 耦合场分析的基本概念5.3.3 算例验证5.4 薄壁型钢-混凝土组合框架的耐火极限分析5.4.1 算例分析5.4.2 组合框架的耐火极限5.5 耐火极限影响因素分析5.5.1 荷载水平的影响5.5.2 材料特性的影响5.5.3 几何尺寸的影响5.5.4 防火涂料的影响5.6 本章小结第六章 薄壁型钢-混凝土组合框架抗火性能实验研究6.1 概述6.2 实验概况6.2.1 实验目的6.2.2 试件加工安装及实验内容6.2.3 升温曲线6.2.4 加载及测点布置6.3 实验结果及分析6.3.1 材料性能6.3.2 组合框架承载力确定6.3.3 构件温度场6.3.4 组合框架耐火极限6.4 本章小结第七章 结论及展望7.1 本文的研究结论7.2 今后研究工作的建议及展望参考文献致谢
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标签：薄壁型钢混凝土组合框架论文; 热分析论文; 承载力论文; 耐火性能论文; 实验研究论文;
