高温火灾下钢框架关键构件安全评价方法

发布时间：2017-04-26 13:11

  本文关键词：高温火灾下钢框架关键构件安全评价方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钢材是属于再利用的材料,从环保的角度来看,钢结构具有砼结构不可比的优势。其主要特点有强度高、抗震性好、自重轻和施工方便等,这些都是其传统优点。近些年来,我国不断提高钢铁产量,到目前为止,我国已是世界第一大钢铁生产国。经济学上来说,产量过剩带来的必然是价格下跌,这样一来,传统钢结构建筑材料成本较高的问题得到了解决,为钢结构建筑的广泛推广起到了推动作用。但是钢结构相对于钢筋混凝土结构而言,防火、抗火等问题更是一个不可回避的问题。国内外建筑钢结构的安全评价钢筋混凝土结构方面的研究及工程实践较多,但没有一个系统的理论一支持实践,往往依靠火灾现场勘查,利用相关专业的标准规范、规程以及结构材质特性的数据来判断,安全评价的结论取决于专业人员的水平及经验,其发展极其滞后于现今的结构设计理论和勘测技术水平,建筑钢结构火灾(高温)下的安全评价方法,国内出现的还比较少。本文主要研究了以下内容(1)分别设定轴心受压钢柱,两端固定钢梁和压弯钢柱作为计算模型,采用理论公式计算其常温和高温下的构件承载力,并与数值模拟计算结果相对比,得出两者计算结果一致,构件高温下承载力有较大幅度减小。(2)设定计算模型,选用钢材在高温(火灾)下的材料参数,根据ISO834标准升温曲线,利用ANSYS对一两层两跨钢框架进行热力耦合分析,得到每根钢构件的应力分布,根据构件最大应力和最小应力的平均值与该火灾工况下材料的屈服强度之比来定义该温度工况下的关键构件。(3)收集相关文献,学习、理解国际以及国内对钢结构抗火、关键构件判定、火灾后钢构件安全评价方法。在前人研究的基础上,归纳总结了火灾现场调查的具体内容,以及对可燃物数量的统计,给出火灾荷载密度,并归纳多种类型建筑的特征火灾荷载密度,总结了火灾持续时间及温度的推定方法,构件受火面温度的推算,结合构件高温(火灾)下承载力的计算,形成以上述过程为主线的火灾下钢框架关键构件安全评价的程序并应用于工程案列。以构件强度和变形限制来判断是否需要加固,达到既不盲目加固又能保障安全的目的。通过对高温火灾下钢框架关键构件安全评价方法的研究,希望为以后钢结构建筑火灾安全鉴定及加固提供借鉴参考。
【关键词】：高温(火灾) 钢框架 关键构件 安全评价
【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14-22
• 1.1 研究课题的背景和意义14-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.3 本文研究的主要内容和方法20-21
• 1.3.1 主要内容20-21
• 1.3.2 主要方法21
• 1.4 本章小结21-22
• 第二章 热力学基本理论及高温（火灾）下钢材的材料特征22-34
• 2.1 传热学基本理论22-24
• 2.1.1 热分析的力学经典理论22
• 2.1.2 传热方式22-24
• 2.2 高温（火灾）下结构钢的材料特征24-32
• 2.2.1 高温下钢材的物理特性24-28
• 2.2.2 高温下钢材的力学特性28-32
• 2.3 高温（火灾）下钢构件升温计算32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 有限元分析方法及高温钢构件的承载力34-57
• 3.1 高温（火灾）下钢框架热力耦合分析方法34-40
• 3.1.1 钢框架热分析步骤34-37
• 3.1.2 钢框架热与力的耦合分析37-39
• 3.1.3 数值计算结果的选取39-40
• 3.2 高温（火灾）下钢结构抗火设计方法40-47
• 3.2.1 钢结构抗火设计要求40-41
• 3.2.2 以构件试验为基础的抗火设计方法41
• 3.2.3 基于结构性能化抗火设计方法41
• 3.2.4 以计算为基础的抗火设计方法41-47
• 3.3 高温（火灾）下钢框架构件的承载力验算47-56
• 3.3.1 高温（火灾）下轴心受压钢框架构件承载力计算47-50
• 3.3.2 高温（火灾）下钢框架受弯构件承载力计算50-54
• 3.3.3 高温（火灾）下钢框架压弯构件承载力计算54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 高温（火灾）下钢框架关键构件的安全评价程序57-76
• 4.1 火灾现场调查,可燃物数量的确定57-59
• 4.1.1 火灾前建筑资料及使用情况57-58
• 4.1.2 失火现场调查58
• 4.1.3 可燃物数量的确定58-59
• 4.2 推算火灾荷载密度59-63
• 4.2.1 可燃物的燃烧性能59-61
• 4.2.2 火灾荷载密度的推算61-63
• 4.3 计算火灾持续时间63-65
• 4.4 火灾温度的推定方法65-68
• 4.4.1 依据ISO-834 标准升温公式计算火灾温度65-66
• 4.4.2 结合结构钢硬度下降量确定火场温度66-67
• 4.4.3 结合钢构件受火后强度判断火场温度67
• 4.4.4 结合金属受火后显色差异确定火场温度67-68
• 4.5 由火灾温度推算钢框架构件受火面温度68
• 4.6 估算构件高温（火灾）下的承载力68
• 4.7 高温（火灾）下钢框架关键构件安全度评价68-74
• 4.7.1 高温（火灾）下钢框架关键构件的判断方法68-72
• 4.7.2 高温（火灾）下钢框架关键构件的安全评价72-74
• 4.8 本章小结74-76
• 第五章 工程案列76-89
• 5.1 工程概况76
• 5.2 安全评价具体内容76-78
• 5.2.1 现场调查及统计可燃物76-77
• 5.2.2 推算火灾荷载密度77
• 5.2.3 计算火灾持续时间77
• 5.2.4 推算火灾产生的温度及受火构件温度77
• 5.2.5 推算该火灾工况下构件受火面温度77-78
• 5.3 利用有限元软件建模分析78-86
• 5.4 关键构件的安全评价86-88
• 5.4.1 常温下构件安全评价86
• 5.4.2 高温（火灾）下构件强度验算86-87
• 5.4.3 高温（火灾）下构件变形验算87-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 结论与展望89-91
• 参考文献91-94
• 致谢94-95
• 作者简介及读研期间主要科研成果95

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