喷水急冷下高温钢框架结构动态响应研究

发布时间：2017-08-13 19:18

  本文关键词：喷水急冷下高温钢框架结构动态响应研究

  更多相关文章： 急速冷却 单榀单跨 三榀三跨 钢框架 梁端轴力 柱顶轴力

【摘要】：随着国家地位和社会经济的发展,钢结构建筑逐渐成为了世界的主流建筑模式。但是钢结构本身的的耐火性能差,这就给它在实际使用过程中带来了诸多潜在的风险和问题。同时相关学者开始关注钢框架冷却后局部和整体的变形和内力变化情况。本文采用ABAQUS的瞬态热—力顺序耦合的方法,分别对单榀单跨和三榀三跨钢框架进行热-力耦合分析,在相同的升温条件下采取不同的降温速率,通过观察热-力耦合应力分析结构在升、降温阶段下结构的受力和变形特性,重点比较急速冷却和自然冷却速率下梁柱的变形和内力的变化,及升降温过程中的动态响应规律。单榀单跨钢框架与三榀三跨钢框架最大的区别在于部件之间的约束,前者约束较少,变化比较明显,后者在升降温过程中挠度和柱顶位移都会受到轴向约束的影响,梁端轴力在急速冷却下的上升和下降的速度也会受到限制,这样会给在实际工程中的钢结构灭火进程造成很大的影响。单榀单跨钢框架在不同降温速率下的动态响应情况与三榀三跨钢框架顶层房间类似,急速冷却下受火梁挠度和柱顶侧移在临界温度都有突变;在三榀三跨钢框架中,中部房间轴向位移在升温后期一直呈下降趋势,急速冷却下下降速度加快。单榀单跨钢框架和三榀三跨钢框架的梁端轴力在急速冷却下轴力上升速度骤增,并且在降温后期基本不会恢复。同时受火梁的梁端轴力在急速冷却下的剧烈变化也会影响临跨的梁端轴力,与受火梁距离越近影响越大。梁端弯矩在急速冷却下由于轴力的骤增而迅速下降,在降温后期并没有恢复。梁端轴力和梁端弯矩迅速变大使梁端单元成为薄弱环节,这对结构的稳定性是不利的。急速冷却下,单榀单跨钢框架和三榀三跨钢框架的柱顶轴力和弯矩的变化速度加快,而自然冷却下的变化速度先放缓后再增大。三榀三跨钢框架中,急速冷却下顶层房间柱顶轴力在临界温度处发生了突变,这种剧烈变化很可能会加剧受火柱的失稳破坏。希望本文的研究成果能够为实际钢框架的防火性能设计提供有益的参考。
【关键词】：急速冷却 单榀单跨 三榀三跨 钢框架 梁端轴力 柱顶轴力
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 火灾对人类社会的危害15
• 1.2 钢结构火灾的危害15-16
• 1.3 钢结构抗火研究16-19
• 1.3.1 钢结构抗火研究16-19
• 1.3.2 钢结构抗火研究的意义19
• 1.4 本论文的研究内容19-20
• 第二章 钢结构升降温过程理论分析20-36
• 2.1 室内火灾发展过程20
• 2.2 标准升温曲线20-23
• 2.3 高温下钢结构的物理特性23-27
• 2.3.1 导热系数23-24
• 2.3.2 比热容24-26
• 2.3.3 热膨胀系数26-27
• 2.3.4 密度27
• 2.4 高温下材料的力学性能27-35
• 2.4.1 钢材的强度27-29
• 2.4.2 高温下结构钢的弹性模量29-31
• 2.4.3 泊松比31
• 2.4.4 高温下的应力—应变关系模型31-34
• 2.4.5 结构钢降温之后的力学性能34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 单榀单跨钢框架升降温过程热-力耦合特性36-54
• 3.1 概述36-37
• 3.1.1 ABAQUS软件概述36-37
• 3.1.2 升降温过程钢框架热-力耦合37
• 3.2 分析方法流程图37-38
• 3.3 高温下钢框架的失效准则38-39
• 3.4 计算模型39-40
• 3.5 高温下的计算参数40
• 3.6 升温和降温过程动态响应40-53
• 3.6.1 升温过程40-42
• 3.6.2 降温过程42-49
• 3.6.3 不同降温速率下的变形分析49-50
• 3.6.4 不同降温速率下的内力分析50-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 三榀三跨钢框架升降温过程热-力耦合特性54-90
• 4.1 计算模型54-55
• 4.2 计算参数和失效准则55
• 4.3 动态响应分析55-88
• 4.3.1 底层房间升降温过程动态响应分析55-66
• 4.3.2 中部房间升降温过程动态响应分析66-77
• 4.3.3 顶层房间降温动态响应分析77-88
• 4.4 本章小结88-90
• 第五章 结论与展望90-92
• 5.1 结论90-91
• 5.2 展望91-92
• 参考文献92-96
• 个人简介96-97
• 致谢97

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本文编号：668910