网架结构抗火性能研究

发布时间：2020-07-05 21:50

【摘要】：网架结构由于优越的物理性能而被广泛用于机场航站楼、体育馆等人员密集场所。钢结构抗火性能差,一旦发生火灾,钢结构很容易发生构件破坏甚至整体倒塌。因此,对网架结构开展抗火性能研究具有十分重要的意义。目前,对网架结构的抗火性能研究主要集中在火灾中钢结构力学性能变化、内力变化规律及灾后加固措施等。一方面,这些研究成果大多是以网架结构自身为研究目标,未考虑下部支承体系的影响;另一方面,网架结构抗火性能研究大多采用国际标准升温曲线来计算建筑内部温度场的分布,这种方法并不适用于大空间网架结构,分析结果往往与实际情况相差较大。因此,本文采用国际通用火灾模拟软件FDS分析网架结构火灾下建筑内部温度场,并开展考虑支承体系及防火涂料等因素影响的网架结构抗火性能研究。本文的主要研究内容如下:(1)网架结构抗火性能分析方法研究本文以工程中常见的网架结构作为研究对象,首先系统总结了各国规范中钢材在高温下材料性能参数计算方法,并通过对比分析,选取适用于网架结构抗火性能分析的材料模型;其次,根据钢构件火灾下的升温原理,确定无保护层的钢构件和有保护层的钢构件的升温计算迭代公式;最后,采用国际通用火灾模拟软件FDS模拟模拟网架结构火灾室内空气温度场分布,并与一组火灾实验进行对比,验证了火灾模拟软件FDS用于大空间建筑火灾温度场模拟的有效性和准确性。(2)网架结构火灾温度场模拟及构件升温计算首先,采用非预混燃烧模型的火灾模型对可燃物的燃烧过程进行描述,采用火灾模拟软件FDS开展网架结构建模及火灾空气温度场的模拟,获得了网架结构在火灾下室内空气温度场分布规律;其次,通过大规模参数分析,得到了不同参数(包括火源位置、火源功率、建筑高度等)对网架结构火灾空气温度场分布的影响规律;最后,采用MATLAB软件完成无保护层的钢构件和有保护层的钢构件升温计算迭代公式的编程,通过该程序把网架结构的火灾空气温度场转化为无保护层的和有保护层钢构件温度,获得网架结构温度场的分布规律。(3)网架结构抗火性能研究首先,通过大型有限元分析软件ABAQUS对网架结构火灾下的受力性能开展了系统研究,考察火灾下网架结构位移及内力等结构响应的变化规律;其次,基于已有的研究成果,提出网架结构火灾下耐火极限的判别准则,获得网架结构在不同参数下的耐火极限;最后,通过大规模参数分析,获得不同参数(包括火源功率、火源位置、建筑高度、建筑跨度、钢管直径与厚度、屋面质量、有无防火涂料等)对网架结构抗火性能的影响规律。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU356;TU352.5
【图文】：

布置图,布置图,火源功率

图 3-1 实验布置图图 3-2 设定火灾曲线图 3-3 FDS 火灾模型（2）FDS 模拟（ⅰ）首先，将建立 22.4m×12.0m×27.0m 计算区域，分别从 x，y，z 三个方向划分224 个、120 个和 270 个网格。每个方向网格尺寸均为 0.1m；（ⅱ）在顶部设置 8 个边长为 1.6m×1.6m 的通风口，并设置排烟机。室内中点设置一个火源功率为 1MW 的油池，本文选取柴油为燃料，燃烧速率类型为超快速火，火源类型为“时间平方”火源。其火源功率随时间变化规律如图 3-2。单位面积火源功率在 100s左右达到 1000kw/m2，总的火源功率为 1MW；（ⅲ）在实验厅的东南角、东北角、西北角,距两侧墙壁各约为 2m 各建立一串温度测点，与实验相对应；（ⅳ）设定初始温度为 15℃ ，模拟时间为 500s，其模型如图 3-3 所示。（3）FDS 模拟计算结果与实验结果进行比对在东南角、东北角、西北角各取一个测点，与相应的温度测点做比对，如图 3-4、图 3-5、图 3-6 所示。

布置图,火灾曲线,火源功率

布置图,火源功率,温度测点,火源

【参考文献】