本文關鍵詞：升降溫模式對鋼框架結(jié)構(gòu)受力特性影響研究

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【摘要】：隨著建筑行業(yè)逐漸向環(huán)保,輕量化和便捷化方向發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)以及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)大量應用于工業(yè)和民用建筑當中。由于鋼材耐火性差這一局限性,使得結(jié)構(gòu)發(fā)生火災后穩(wěn)定性得不到保障,從而鋼結(jié)構(gòu)的抗火設計成為結(jié)構(gòu)安全評估的重要工作。上個世紀90年代,鋼結(jié)構(gòu)火災造成的慘重損失引起學者們廣泛關注,編制鋼結(jié)構(gòu)抗火設計規(guī)范成為各國重要任務,學者們開始對鋼材在高溫下的各項性能進行系統(tǒng)的研究,但更多的是對獨立構(gòu)件的耐火性能進行試驗分析,而在試驗中總結(jié)出的抗火設計方法在實際中作用并不是很明顯,于是學者們又將重心從試驗方法轉(zhuǎn)到計算方法,但是還是基于獨立構(gòu)件。以上兩種途徑得到方法都是保證獨立構(gòu)件在火災中有足夠的富余來保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。隨著更多的火災案例和數(shù)據(jù)的出現(xiàn),種種現(xiàn)象用以往的設計方法無法解釋,研究人員發(fā)現(xiàn)基于脫離整體的獨立構(gòu)件得到的方法與實際火災情況有很大差距,于是近幾年來鋼結(jié)構(gòu)抗火研究更多的是建立在整體結(jié)構(gòu)上。本文基于前人的研究并利用數(shù)值模擬軟件進行了以下工作:(1)研究國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)研究歷史和研究現(xiàn)狀,利用更便捷的,更貼近現(xiàn)實情況的計算理論進行溫度場計算。(2)基于“約束鋼梁”建立了H形的子結(jié)構(gòu),針對前人對梁柱節(jié)點局部受火的方位不同以及多種溫度路徑情況下的應力-應變研究不足,設計了三個受火面,四種不同溫度路徑,得到各個工況下變形情況以及梁端軸力等變化規(guī)律。(3)針對之前的研究對火災中結(jié)構(gòu)鋼的升溫情況考慮不足,以及橫向荷載火災中結(jié)構(gòu)的影響,建立了兩榀兩跨的模型,分別模擬了不同大小的單側(cè)和雙側(cè)水平力在兩種降溫模式下結(jié)構(gòu)的受力和變形。(4)目前國內(nèi)外的抗火設計規(guī)范還沿用以前基于單獨構(gòu)件研究分析得出的。本文為研究不同房間著火和不同降溫路徑對臨近房間和整體結(jié)構(gòu)的影響,建立三榀三跨三層鋼結(jié)構(gòu)全尺寸實體模型。通過軟件耦合計算分析,得到不同工況下的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力變化情況并驗證了懸鏈線效應主要跟梁端約束有關等理論。比較了不同降溫對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的影響。針對前人以上研究的不足,本文合理建立模型,利用接近實際的本構(gòu)關系制定出有針對性的研究思路,分析了各個因素(溫度路徑,梁端約束等)對火災中結(jié)構(gòu)的影響,得出了與實際情況相符的相關結(jié)論,對抗火設計具有一定的參考價值。
【關鍵詞】：鋼結(jié)構(gòu) 抗火設計 溫度路徑 梁端約束
【學位授予單位】：安徽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU391
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 受限鋼梁的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 鋼結(jié)構(gòu)框架抗火性能研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 第二章 高溫火災框架結(jié)構(gòu)溫度以及受力性能分析18-27
• 2.1 高溫火災下空氣溫度和結(jié)構(gòu)溫度的計算方法18-22
• 2.1.1 建筑高溫火災中室內(nèi)空氣溫度場計算18-19
• 2.1.2 構(gòu)件內(nèi)部溫度場計算理論19-20
• 2.1.3 火災冷卻階段建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)空氣溫度分布20-21
• 2.1.4 空氣溫度場降溫分析21-22
• 2.2 高溫火災下鋼框架構(gòu)件受力性能22-27
• 2.2.1 火災下鋼結(jié)構(gòu)性能分析基本方法23
• 2.2.2 鋼材在高溫下的物理性能23-24
• 2.2.3 鋼材在高溫下的力學性能24
• 2.2.4 高溫下鋼材的彈性模量24-25
• 2.2.5 鋼材的其他力學性能25
• 2.2.6 鋼材過火后的力學性能25-27
• 第三章 受限鋼結(jié)構(gòu)在不同溫度路徑下響應分析27-41
• 3.1 計算模型，，模型參數(shù)，受火面及溫度路徑27-29
• 3.1.1 計算模型27
• 3.1.2 模型參數(shù)27-28
• 3.1.3 受火條件28
• 3.1.4 溫度路徑28-29
• 3.2 計算結(jié)果分析29-40
• 3.2.1 應力--應變云圖對比分析29-37
• 3.2.2 梁端節(jié)點軸力分析37-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第四章 水平力對火災中兩榀兩跨鋼框架的影響41-62
• 4.1 模型建立41-42
• 4.2 受火房間和溫度路徑42-44
• 4.2.1 選擇受火房間42
• 4.2.2 溫度路徑的選擇42-43
• 4.2.3 參數(shù)的確定43
• 4.2.4 溫度場的分布43
• 4.2.5 荷載大小的選擇43-44
• 4.3 作用力大小的影響44-60
• 4.3.1 單側(cè)水平力作用及快速降溫下結(jié)構(gòu)受力和變形44-52
• 4.3.2 雙側(cè)水平力作用及快速降溫下結(jié)構(gòu)受力和變形52-57
• 4.3.3 單側(cè)水平力作用及自然降溫下結(jié)構(gòu)受力和變形57-60
• 4.4 降溫速率對受水平力結(jié)構(gòu)的影響60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 超高溫火災過程鋼框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析62-89
• 5.1 火災下鋼結(jié)構(gòu)受力性能分析基本方法62-64
• 5.1.1 火災下鋼結(jié)構(gòu)受力性能數(shù)值分析平衡方程62-63
• 5.1.2 火災下鋼材應力應變與溫度荷載的關系63-64
• 5.2 模型的建立與計算64-84
• 5.2.1 分析模型64-65
• 5.2.2 火災房間的選擇以及溫度場計算參數(shù)65-67
• 5.2.3 溫度場的分布67
• 5.2.4 整體結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果分析67-84
• 5.3 結(jié)果的后處理與分析84-86
• 5.3.1 跨中撓度分析84-85
• 5.3.2 梁端軸向力分析85-86
• 5.3.3 梁端彎矩分析86
• 5.4 不同降溫路徑對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響86-88
• 5.4.1 不同降溫路徑下的柱頂位移87
• 5.4.2 不同溫度路徑下梁的軸向力以及梁端彎矩87-88
• 5.5 本章小結(jié)88-89
• 第六章 總結(jié)89-91
• 6.1 本文主要工作89
• 6.2 本文主要結(jié)論89-90
• 6.3 今后研究建議90-91
• 參考文獻91-96
• 致謝96-97
• 作者簡介及讀研期間主要科研成果97

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本文編號：860717