钢框架高温（火灾）下的破坏机理以及安全防护性能研究

发布时间：2017-10-26 11:12

  本文关键词：钢框架高温（火灾）下的破坏机理以及安全防护性能研究

  更多相关文章： 高温 平面钢框架 有限元分析 防火涂料 耦合场 温度场

【摘要】：钢结构因具有质量轻、强度高、施工周期短等优势,得到了快速的应用发展。然而,钢结构不耐火,在火灾条件下钢材的力学性能快速下降,从而导致钢结构产生严重的破坏甚至引发倒塌,给人民的生命财产造成巨大的损失。正由于钢材的耐火性差的特性,使其在结构安全方面存在很明显的缺陷。所以研究钢结构在高温下的破坏机理显得十分必要。本文在前人研究的基础上,将工程结构相关理论及火灾科学基本理论相结合,采用有限元分析软件ANSYS对火灾条件下的钢框架进行热力耦合分析,得到了钢构件截面温度变化规律,以及热力耦合作用下钢框架的破坏机理;探讨了受火位置的不同对钢框架抗火性能的影响;考查了不同的受火方式对两端固定的钢梁抗火性能的影响分析;对国内外防火设计方法进行了总结,分析了受火方式以及防火涂层对钢构件温度场影响的规律。通过模拟分析,可得如下结论:(1)钢构件无论是单面受火还是三面受火,截面温度分布很不均匀,受火面温度高,而背火面温度较低;(2)受火钢框架的梁柱节点处受力复杂,易发生破坏,是结构抗火的薄弱部位,需予以加强保护措施;(3)钢框架受火位置不同对其反应特性也有一定影响,边跨受火时,底层柱顶端的水平侧移值较中跨受火时要大,而梁的跨中挠度值较中跨受火时相对小一些;(4)火灾发生后钢梁通常是三面受火,梁腹板和下翼缘温度迅速上升,温度差别很小,而上翼缘温度与截面其他部位相比有较大差别;(5)火灾中材料膨胀对于钢构件的受力状态有着明显的影响;(6)对于两端固定的钢梁,在受火区域一定的情况下,受火面越多,钢梁破坏时间就越短;反之,受火面一定的情况下,受区域越大,钢梁达到极限承载力的时间就越短;(7)与无防火涂层的钢构件相比,防火涂层对钢构件的保护作用比较显著,延缓截面温度快速上升速率;(8)结构受火方式对钢构件的温度场分布也有很大影响,受火面越多构件在火灾下的反应也就越剧烈。希望通过本文对火灾(高温)下钢框架破坏机理及安全防护性能的研究,可为钢结构抗火设计提供一些有益的探索和参考。
【关键词】：高温 平面钢框架 有限元分析 防火涂料 耦合场 温度场
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391;TU352.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 课题研究背景及意义14-17
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 研究意义15-17
• 1.2 国内外研究现状17-22
• 1.2.1 结构抗火设计方法的发展历程17-18
• 1.2.2 国内外研究现状18-22
• 1.3 本文主要的研究内容及方法22-24
• 第二章 室内火灾燃烧特性以及钢材高温性能24-35
• 2.1 火灾的基本理论24-28
• 2.1.1 火灾发生应具备的条件24
• 2.1.2 建筑室内火灾的特性24-28
• 2.2 高温（火灾）环境中钢材的物理参数28-30
• 2.2.1 热膨胀系数28-29
• 2.2.2 导热系数29
• 2.2.3 比热容29-30
• 2.2.4 钢材的容重30
• 2.3 高温环境下结构钢力学性能30-34
• 2.3.1 钢材的泊松比30
• 2.3.2 高温下普通结构钢的屈服强度30-31
• 2.3.3 高温下钢材的弹性模量31-32
• 2.3.4 钢结构材料高温下的应力—应变关系曲线32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 整体钢框架火灾下的破坏机理研究35-54
• 3.1 模型建立35
• 3.2 单元选取35-37
• 3.2.1 热分析单元选择35-36
• 3.2.2 结构分析单元类型的选择36-37
• 3.3 分析参数选取37-38
• 3.4 施加荷载与边界条件38-39
• 3.5 结果分析39-53
• 3.5.1 钢框架高温下的反应特性39-50
• 3.5.2 受火部位不同对钢框架抗火性能影响50-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第四章 不同受火形式的钢梁高温下热力耦合分析54-63
• 4.1 模型建立54-55
• 4.2 工况设置55
• 4.3 结果分析55-62
• 4.3.1 温度场分析55-57
• 4.3.2 结构分析57-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 钢结构的安全防护性能研究63-81
• 5.1 钢结构防火保护63-65
• 5.1.1 防火的原理63
• 5.1.2 防火的方法63-65
• 5.2 防火措施65-68
• 5.3 防火涂料对钢柱的温度场影响的数值模拟分析68-80
• 5.3.1 建立模型68-69
• 5.3.2 结果讨论分析69-80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论与展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 作者简介及读研期间主要科研成果88

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