本文關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能的有限元分析與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在其壽命周期內(nèi),可能面臨火災(zāi)的威脅,建筑火災(zāi)每年造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的高溫性能研究是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)及火災(zāi)后結(jié)構(gòu)修復(fù)加固與損傷評(píng)估的基礎(chǔ),其中,火災(zāi)下結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布及整體結(jié)構(gòu)的高溫力學(xué)反應(yīng)變化劇烈而復(fù)雜,其影響因素眾多,各研究成果存在較大的離散性。長(zhǎng)期以來(lái),火災(zāi)研究人員對(duì)結(jié)構(gòu)抗火這一結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域里的重要難題進(jìn)行了深入的研究,由于火災(zāi)試驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、操作困難,使得運(yùn)用數(shù)值模擬軟件分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的高溫性能變得尤為重要。本文在前人的理論與試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,以有限元分析軟件ABAQUS為平臺(tái),對(duì)火災(zāi)下鋼筋混凝土梁、柱及框架結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)及力學(xué)性能進(jìn)行研究。研究成果主要包括:(1)基于鋼筋和混凝土材料的熱工特性、高溫應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系,運(yùn)用ABAQUS對(duì)火災(zāi)下鋼筋混凝土梁的截面溫度場(chǎng)分布和變形規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了影響截面溫度場(chǎng)的主要因素,并研究了截面尺寸、保護(hù)層厚度、跨高比、荷載比及配筋率等參數(shù)對(duì)鋼筋混凝土梁高溫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:受火方式、骨料類型、受火時(shí)間對(duì)梁截面溫度場(chǎng)影響顯著,而截面尺寸對(duì)梁截面溫度場(chǎng)影響相對(duì)較小,考慮含水率影響的梁截面上各點(diǎn)升溫曲線在100℃~200℃之間出現(xiàn)明顯拐點(diǎn);截面尺寸、保護(hù)層厚度、跨高比、荷載比及配筋率等參數(shù)對(duì)梁高溫極限承載力的影響均很大。(2)鋼筋混凝土柱作為結(jié)構(gòu)的重要承重構(gòu)件,其高溫下的耐火性能對(duì)整體結(jié)構(gòu)的抗火性能有很大的影響。本文結(jié)合鋼筋和混凝土材料的熱工特性、高溫應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系,對(duì)受火鋼筋混凝土柱進(jìn)行數(shù)值模擬,分析火災(zāi)下鋼筋混凝土柱截面溫度場(chǎng)的分布特性,并研究截面尺寸、配筋率、軸壓比、長(zhǎng)細(xì)比及荷載偏心率等參數(shù)對(duì)鋼筋混凝土柱高溫力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明:上述各參數(shù)對(duì)高溫下柱的變形和極限承載力均有顯著影響。(3)建立一個(gè)單層雙跨的鋼筋混凝土框架模型,并運(yùn)用ABAQUS對(duì)其進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,研究不同火災(zāi)工況下,梁、柱構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)分布、變形特征和內(nèi)力變化規(guī)律。結(jié)果表明:框架結(jié)構(gòu)在單跨受火及雙跨受火兩種不同受火情況下,雙跨受火梁及邊柱的溫度場(chǎng)與單跨受火時(shí)相同,而中柱及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的溫度分布存在差異;節(jié)點(diǎn)核心區(qū)溫度較周圍的梁段和柱段明顯偏低;受火方式及框架柱的軸壓比對(duì)框架結(jié)構(gòu)高溫力學(xué)反應(yīng)存在顯著影響。
【關(guān)鍵詞】：火災(zāi) 有限元 鋼筋混凝土框架 溫度場(chǎng) 抗火性能
【學(xué)位授予單位】：遼寧工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU375
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.1.1 火災(zāi)的破壞性與嚴(yán)重性11
• 1.1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高溫性能及特點(diǎn)11-12
• 1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 火災(zāi)發(fā)展過(guò)程的研究12-13
• 1.2.2 鋼筋混凝土材料高溫性能的研究13-15
• 1.2.3 鋼筋混凝土構(gòu)件高溫性能的研究15-16
• 1.2.4 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高溫性能的研究16-17
• 1.2.5 基于性能的結(jié)構(gòu)抗火分析與結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)思想的研究17
• 1.3 目前混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究中存在的問(wèn)題17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 2 高溫下鋼筋和混凝土的熱工性能和力學(xué)性能19-31
• 2.1 混凝土的熱工性能19-21
• 2.1.1 混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)19
• 2.1.2 混凝土的質(zhì)量熱容19-20
• 2.1.3 混凝土的質(zhì)量密度20
• 2.1.4 混凝土的熱膨脹系數(shù)20-21
• 2.2 鋼筋的熱工性能21-23
• 2.2.1 鋼筋的導(dǎo)熱系數(shù)22-23
• 2.2.2 鋼筋的質(zhì)量熱容和質(zhì)量密度23
• 2.2.3 鋼筋的熱膨脹系數(shù)23
• 2.3 混凝土的高溫力學(xué)性能23-26
• 2.3.1 混凝土的高溫強(qiáng)度23-24
• 2.3.2 混凝土的高溫彈性模量24-25
• 2.3.3 高溫下混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系25
• 2.3.4 高溫下混凝土的泊松比25
• 2.3.5 混凝土的短期高溫徐變25-26
• 2.4 鋼筋的高溫力學(xué)性能26-30
• 2.4.1 鋼筋的高溫強(qiáng)度26
• 2.4.2 鋼筋的高溫彈性模量26-27
• 2.4.3 高溫下鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系27-28
• 2.4.4 高溫下鋼筋的泊松比28
• 2.4.5 鋼筋的自由膨脹變形和短期高溫徐變28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 3 火災(zāi)下鋼筋混凝土構(gòu)件非線性有限元分析31-56
• 3.1 引言31
• 3.2 溫度場(chǎng)分析的理論基礎(chǔ)31-35
• 3.2.1 火災(zāi)的標(biāo)準(zhǔn)溫度-時(shí)間曲線31-32
• 3.2.2 熱傳導(dǎo)方程及定解條件32-33
• 3.2.3 材料的熱工性能及非線性本構(gòu)模型33-35
• 3.3 熱-力耦合分析35-37
• 3.3.1 熱-力耦合分析簡(jiǎn)介35-36
• 3.3.2 熱-力耦合分析基本原理36-37
• 3.4 鋼筋混凝土梁的抗火性能分析37-49
• 3.4.1 溫度場(chǎng)有限元分析37-42
• 3.4.2 高溫后鋼筋混凝土梁力學(xué)性能分析42-49
• 3.5 鋼筋混凝土柱的抗火性能分析49-54
• 3.5.1 四面受火軸心受壓柱極限承載力的計(jì)算方法49-50
• 3.5.2 鋼筋混凝土柱溫度場(chǎng)分析50-51
• 3.5.3 高溫后鋼筋混凝土柱力學(xué)性能分析51-54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 4 火災(zāi)下鋼筋混凝土框架非線性有限元分析56-69
• 4.1 引言56
• 4.2 鋼筋混凝土框架模型56-57
• 4.3 鋼筋混凝土框架抗火性能分析57-65
• 4.3.1 鋼筋混凝土框架溫度場(chǎng)分析57-61
• 4.3.2 鋼筋混凝土框架高溫力學(xué)性能分析61-65
• 4.4 基于性能的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法的發(fā)展與研究65-67
• 4.4.1 基于試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)65
• 4.4.2 基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)65-66
• 4.4.3 基于性能的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)66-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 5 結(jié)論與展望69-71
• 5.1 結(jié)論69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 攻讀碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況74-75
• 致謝75

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本文編號(hào)：484551