基于TVCC大楼火灾超高层建筑中钢结构损伤评估研究

发布时间：2018-11-05 14:32

【摘要】：钢结构具有自重轻、强度高、占用面积小、抗震性能优越、建筑施工周期短等一系列优点,因而被广泛的应用于超高层建筑中。然而,钢材耐火性差,其力学性能对高温较为敏感,一旦发生火灾,结构承载能力在较短的时间内就能达到极限强度而发生破坏,甚至引发结构连续性倒塌。近些年来,超高层建筑火灾事故呈现出多发性的特点,虽然大多数火灾并未造成建筑倒塌,但由于其内部结构遭受了不同程度的损伤,进而影响到整个建筑结构的工作性能。因此,开展高层建筑物特别是对其钢结构部分火灾损伤评估研究,对指导结构的修复加固及抗火设计具有重要的经济和社会意义。本文以TVCC火灾案例为背景,选取TVCC主楼外部钢网架结构、屋顶钢桁架及钢梁和压型钢板组合楼板结构为研究对象,通过采用现场调研检测、室内试验及数值模拟相结合的方法分别对两类不同的钢结构类型进行了损伤评估研究,建立了钢结构火灾评估的系统研究方法。主要成果有:(1)钢网架结构火灾后损伤评级研究。针对TVCC外部网架结构,开展了火灾现场调查、现场检测、钢材及连接节点过火后力学性能试验、典型损伤支座预埋节点过火力学性能试验,在了解和掌握网架结构杆件材料、连接节点、支座过火后力学性能的基础上,借鉴国内外钢结构火灾损伤评级标准,对其构件进行了损伤评级。(2)钢材及连接节点过火后力学性能试验研究。对网架结构采用的Q345B钢材和角焊缝,试验研究了初始荷载对钢材火灾后强度的影响,以及火灾对钢材性能及角焊缝强度的劣化程度。对桁架结构采用的对接焊缝和高强螺栓,试验研究了对接焊缝过火后强度的损伤情况,以及火灾后高强螺栓的滑移系数及强度损伤情况。(3)网架支座预埋节点过火试验研究。对火灾后受损较重的典型网架支座预埋节点,制作了缩尺锚筋预埋试件,对其进行了升、降温全过程的火灾试验,以及相应火灾后锚筋预埋试件的拉拔、推压力学性能试验。研究了过火后试件极限承载力的损失情况以及破坏的模态。(4)钢吊柱节点过火试验研究。对火灾后TVCC主楼屋顶钢桁架组合结构的钢吊柱节点进行了过火试验和静力加载试验研究,分析了火灾后钢吊柱不同位置节点的温度变化规律、火灾后节点的承载力变化规律以及火灾后钢吊柱的变形规律。(5)钢桁架抗火性能数值模拟研究。根据火灾现场对桁架结构损伤的调查情况,对TVCC主楼屋顶的钢桁架典型结构构件及其节点的温度场进行了模拟分析,并建立了桁架整体结构的有限元模型,对其进行了温度—荷载耦合计算分析,研究了火灾对桁架结构整体应力分布和变形的影响,并与现场测量的构件挠度进行了对比分析,并分析研究了防火涂层变化对构件温度场的影响。(6)钢结构火灾损伤评估体系研究。通过火灾现场调查、现场检测、桁架连接节点过火力学性能试验、钢吊柱节点过火力学性能试验、桁架典型构件及节点火灾温度场模拟、桁架结构整体火灾过程温度—荷载耦合有限元分析,较为全面、科学、系统地掌握了TVCC钢桁架结构钢材、连接节点、结构构件、结构整体火灾后的状况,为结构构件的火灾损伤评估提供了可靠的依据,进而建立了一套综合的钢结构火灾损伤评估体系,为今后该类钢结构损伤评估研究具有较大的指导意义。
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【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU973.13;TU317

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