基于有限元法的大空间混凝土结构抗火性能研究

发布时间：2017-08-25 05:25

  本文关键词：基于有限元法的大空间混凝土结构抗火性能研究

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【摘要】：伴随着改革开放进程的深入,社会经济经历了一个高速发展阶段,国内的城市化进程发展非常之快,这样快速的建设对消防事业提出了新的要求,由于火灾现场本身的环境复杂加之不同时期建设标准的不同,因此灭火救援人员难以对建筑的危险性作出准确判断。目前阶段对建筑物抗火性能的研究主要集中在设计阶段如何延长建筑结构的耐火极限等方面,没有针对火灾发生后能够辅助消防人员对建筑结构安全性进行判断的方法和工具,导致了许多伤亡以及损失。本文以某改建中的大型商场为例,应用火灾模拟软件FDS以及有限元分析软件ANSYS对火灾作用下建筑空间内部温度变化、建筑结构节点的温度场分布以及建筑结构的受力和变形进行研究,与内力简化计算方法的对比,寻找适用于消防人员的结构危险性分析方法。主要做了以下工作：1.首先是对常见的引起火灾的原因做出研究,而后以某商场作为研究对象进行分析,对商场内部主营服装的部分进行全面的火灾荷载密度和实际分布情况调查,基于此条件采用FDS来分析火灾出现时的环境温度场分布、真实的火灾升温曲线,为接下来的有限元分析提供数据基础。2.针对建筑材料的抗火性能研究,主要是钢筋和混凝土在不同温度时的导热系数、比热和热膨胀系数,这些数据再次结合FDS模拟得到的温度场数据,之后运用ANSYS有限元分析软件来分析钢筋混凝土和梁柱构建,得到仿真的温度场。3.基于等效刚度的定义,得出了梁柱构件在高温时会发生的变形和内力的算法。对于钢筋混凝土框架结构使用ANSYS有限元分析软件进行热结构耦合分析,找出不同时刻框架在竖直和水平两个方向上的位移,还有温度场分布云图和VonMises应力分布云图。最后将仿真得到的数据和基于等效刚度的定义的梁柱构件在高温时会发生的变形和内力的简化算法数据进行对比,在误差范围内说明了简化算法的有效性,由于简化算法较为简单,因此可以用于框架结构在高温条件下变形和受到内力的基本分析。本文所做的工作为今后消防部门在灭火救援预案的制定、灭火战斗行动方式的改进、现场战斗指挥决策辅助起了一定参考作用。
【关键词】：框架结构 火场分析 有限元分析 抗火性能 大空间
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU37;TU352.5
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国内外对大空间火灾的研究现状13-14
• 1.2.2 钢筋混凝土抗火性能的研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第2章 大空间下火灾的基本特性与分析方法17-27
• 2.1 火灾概述17-22
• 2.1.1 建筑火灾发生条件17
• 2.1.2 火灾的定义和分类17
• 2.1.3 火灾中热的传播途径17-19
• 2.1.4 建筑火灾的发展过程19-21
• 2.1.5 建筑火灾影响因素21-22
• 2.2 大空间建筑火灾特点22-24
• 2.2.1 大空间建筑的分类23
• 2.2.2 大空间公用建筑火灾火蔓延特性的主要影响因素23-24
• 2.3 火灾的计算机模拟方法24-26
• 2.3.1 专家系统24
• 2.3.2 网络模拟24-25
• 2.3.3 区域模拟25
• 2.3.4 场模拟25
• 2.3.5 混合模型25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 基于FDS的火场模拟分析27-43
• 3.1 大型商场服装层活动火灾荷载调查27-32
• 3.1.1 国外的部分火灾荷载调查统计27-28
• 3.1.2 某大型百货大楼服装层活动火灾荷载的调查报告28-32
• 3.2 基于FDS的火灾温度场仿真32-37
• 3.2.1 FDS介绍及其基本理论32-33
• 3.2.2 网格划分33-34
• 3.2.3 商场模型的建立34-35
• 3.2.4 火源与可燃物的处理35-36
• 3.2.5 通风口的定义36-37
• 3.2.6 输出参数37
• 3.3 计算结果及分析37-42
• 3.3.1 热释放速率曲线38
• 3.3.2 竖直方向温度场38-39
• 3.3.3 水平方向温度场39-40
• 3.3.4 火灾升温曲线40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 基于ANSYS的钢筋混凝土结构温度场分析43-55
• 4.1 高温下钢筋混凝土材料热工性能43-47
• 4.1.1 高温下混凝土的材料热工性能43-46
• 4.1.2 高温下钢筋的材料热工性能46-47
• 4.2 基于ANSYS的瞬态温度场有限元分析47-51
• 4.2.1 问题描述及计算假定47-51
• 4.3 瞬态热有限元结果分析51-54
• 4.3.1 框架柱截面温度场分析52-53
• 4.3.2 框架梁温度场分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 高温下钢筋混凝土框架内力与变形的有限元分析55-74
• 5.1 高温作用下钢筋混凝土材料的力学性能55-59
• 5.1.1 钢筋的力学性能55-57
• 5.1.2 高温下混凝土的力学性能57-59
• 5.2 火灾下框架结构温度内力的简化计算方法59-66
• 5.2.1 刚度等效截面59-61
• 5.2.2 受火梁温度内力及变形的计算61-64
• 5.2.3 受火柱温度内力及变形计算64-66
• 5.3 基于ANSYS的框架结构模型的建立66-68
• 5.3.1 基本假设66
• 5.3.2 模型建立66-68
• 5.4 框架结构热—结构耦合分析68-73
• 5.4.1 框架温度场分析结果68-69
• 5.4.2 框架水平方向变形分析69-70
• 5.4.3 框架竖直方向变形分析70-71
• 5.4.4 框架应力分布情况71-72
• 5.4.5 计算与仿真结果的比对72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第6章 结论及展望74-77
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82

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本文编号：735318