升降温模式对钢框架结构受力特性影响研究

发布时间：2017-09-16 03:43

  本文关键词：升降温模式对钢框架结构受力特性影响研究

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【摘要】：随着建筑行业逐渐向环保,轻量化和便捷化方向发展,钢结构以及型钢混凝土结构大量应用于工业和民用建筑当中。由于钢材耐火性差这一局限性,使得结构发生火灾后稳定性得不到保障,从而钢结构的抗火设计成为结构安全评估的重要工作。上个世纪90年代,钢结构火灾造成的惨重损失引起学者们广泛关注,编制钢结构抗火设计规范成为各国重要任务,学者们开始对钢材在高温下的各项性能进行系统的研究,但更多的是对独立构件的耐火性能进行试验分析,而在试验中总结出的抗火设计方法在实际中作用并不是很明显,于是学者们又将重心从试验方法转到计算方法,但是还是基于独立构件。以上两种途径得到方法都是保证独立构件在火灾中有足够的富余来保证整体结构的稳定性。随着更多的火灾案例和数据的出现,种种现象用以往的设计方法无法解释,研究人员发现基于脱离整体的独立构件得到的方法与实际火灾情况有很大差距,于是近几年来钢结构抗火研究更多的是建立在整体结构上。本文基于前人的研究并利用数值模拟软件进行了以下工作:(1)研究国内外钢结构研究历史和研究现状,利用更便捷的,更贴近现实情况的计算理论进行温度场计算。(2)基于“约束钢梁”建立了H形的子结构,针对前人对梁柱节点局部受火的方位不同以及多种温度路径情况下的应力-应变研究不足,设计了三个受火面,四种不同温度路径,得到各个工况下变形情况以及梁端轴力等变化规律。(3)针对之前的研究对火灾中结构钢的升温情况考虑不足,以及横向荷载火灾中结构的影响,建立了两榀两跨的模型,分别模拟了不同大小的单侧和双侧水平力在两种降温模式下结构的受力和变形。(4)目前国内外的抗火设计规范还沿用以前基于单独构件研究分析得出的。本文为研究不同房间着火和不同降温路径对临近房间和整体结构的影响,建立三榀三跨三层钢结构全尺寸实体模型。通过软件耦合计算分析,得到不同工况下的结构变形和内力变化情况并验证了悬链线效应主要跟梁端约束有关等理论。比较了不同降温对整体结构的稳定性的影响。针对前人以上研究的不足,本文合理建立模型,利用接近实际的本构关系制定出有针对性的研究思路,分析了各个因素(温度路径,梁端约束等)对火灾中结构的影响,得出了与实际情况相符的相关结论,对抗火设计具有一定的参考价值。
【关键词】：钢结构 抗火设计 温度路径 梁端约束
【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
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外钢结构研究现状13-17
• 1.2.1 受限钢梁的研究现状14-16
• 1.2.2 钢结构框架抗火性能研究现状16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第二章 高温火灾框架结构温度以及受力性能分析18-27
• 2.1 高温火灾下空气温度和结构温度的计算方法18-22
• 2.1.1 建筑高温火灾中室内空气温度场计算18-19
• 2.1.2 构件内部温度场计算理论19-20
• 2.1.3 火灾冷却阶段建筑结构内空气温度分布20-21
• 2.1.4 空气温度场降温分析21-22
• 2.2 高温火灾下钢框架构件受力性能22-27
• 2.2.1 火灾下钢结构性能分析基本方法23
• 2.2.2 钢材在高温下的物理性能23-24
• 2.2.3 钢材在高温下的力学性能24
• 2.2.4 高温下钢材的弹性模量24-25
• 2.2.5 钢材的其他力学性能25
• 2.2.6 钢材过火后的力学性能25-27
• 第三章 受限钢结构在不同温度路径下响应分析27-41
• 3.1 计算模型，，模型参数，受火面及温度路径27-29
• 3.1.1 计算模型27
• 3.1.2 模型参数27-28
• 3.1.3 受火条件28
• 3.1.4 温度路径28-29
• 3.2 计算结果分析29-40
• 3.2.1 应力--应变云图对比分析29-37
• 3.2.2 梁端节点轴力分析37-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 水平力对火灾中两榀两跨钢框架的影响41-62
• 4.1 模型建立41-42
• 4.2 受火房间和温度路径42-44
• 4.2.1 选择受火房间42
• 4.2.2 温度路径的选择42-43
• 4.2.3 参数的确定43
• 4.2.4 温度场的分布43
• 4.2.5 荷载大小的选择43-44
• 4.3 作用力大小的影响44-60
• 4.3.1 单侧水平力作用及快速降温下结构受力和变形44-52
• 4.3.2 双侧水平力作用及快速降温下结构受力和变形52-57
• 4.3.3 单侧水平力作用及自然降温下结构受力和变形57-60
• 4.4 降温速率对受水平力结构的影响60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 超高温火灾过程钢框架结构稳定性分析62-89
• 5.1 火灾下钢结构受力性能分析基本方法62-64
• 5.1.1 火灾下钢结构受力性能数值分析平衡方程62-63
• 5.1.2 火灾下钢材应力应变与温度荷载的关系63-64
• 5.2 模型的建立与计算64-84
• 5.2.1 分析模型64-65
• 5.2.2 火灾房间的选择以及温度场计算参数65-67
• 5.2.3 温度场的分布67
• 5.2.4 整体结构模拟结果分析67-84
• 5.3 结果的后处理与分析84-86
• 5.3.1 跨中挠度分析84-85
• 5.3.2 梁端轴向力分析85-86
• 5.3.3 梁端弯矩分析86
• 5.4 不同降温路径对结构稳定性的影响86-88
• 5.4.1 不同降温路径下的柱顶位移87
• 5.4.2 不同温度路径下梁的轴向力以及梁端弯矩87-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 总结89-91
• 6.1 本文主要工作89
• 6.2 本文主要结论89-90
• 6.3 今后研究建议90-91
• 参考文献91-96
• 致谢96-97
• 作者简介及读研期间主要科研成果97

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本文编号：860717