發(fā)布時(shí)間：2019-10-11 17:12

【摘要】：石化裝備鋼板剪力墻和鋼框架結(jié)構(gòu)，抗火計(jì)算分析的難點(diǎn)在于石化烴類(lèi)火災(zāi)高溫下鋼材本構(gòu)關(guān)系隨溫度升高而不斷變化的情況。研究工作表明采用有限元方法非常有效，能考慮材料和幾何非線(xiàn)性等諸多因素的影響，但是建模復(fù)雜和計(jì)算量大，難于在工程中廣泛應(yīng)用。本文提出了火災(zāi)高溫下石化裝備鋼結(jié)構(gòu)塑性極限分析方法，，不僅使用簡(jiǎn)單且方便有效，計(jì)算分析結(jié)果能夠滿(mǎn)足工程需要。 常溫下鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)中的薄鋼板屈曲并不意味喪失承載能力，相反，由于拉力帶的作用類(lèi)似于一系列斜撐，屈曲后的強(qiáng)度可達(dá)數(shù)十倍屈曲載荷。加拿大Thorburn等在1983年提出了均勻場(chǎng)拉力帶模型String Model（SM），利用結(jié)構(gòu)的屈曲后強(qiáng)度，目前該模型被北美鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范所采用。作者研究發(fā)現(xiàn)火災(zāi)下其本質(zhì)區(qū)別在于鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)中拉力帶的復(fù)雜拉力場(chǎng)分布，提出墻底和頂，以及左和右端不同溫度場(chǎng)的溫度拉力帶計(jì)算模型Temperature String Model（TSM），利用最小勢(shì)能原理推導(dǎo)了拉力帶傾角的計(jì)算公式及變化規(guī)律。基于塑性極限分析理論，推導(dǎo)了鋼板剪力墻屈曲后承載力的完全解或上限解。 目前，對(duì)于火災(zāi)下鋼框架結(jié)構(gòu)力學(xué)行為已進(jìn)行了深入研究，主要是下限有限元及簡(jiǎn)化計(jì)算方法，在工程應(yīng)用中，由于本構(gòu)關(guān)系的不斷變化，常會(huì)面臨計(jì)算不收斂的問(wèn)題。為此，作者提出了基于塑性極限分析上限法，利用基本破壞機(jī)構(gòu)疊加，通過(guò)準(zhǔn)牛頓法解非線(xiàn)性規(guī)劃尋找最小內(nèi)力功的臨界載荷乘子，再升溫利用迭代法來(lái)求解最小載荷乘子對(duì)應(yīng)的鋼框架結(jié)構(gòu)破壞的臨界溫度。 在火災(zāi)情況的結(jié)構(gòu)倒塌控制技術(shù)中，結(jié)構(gòu)內(nèi)力傳遞二次路徑法非常有效。作者利用結(jié)構(gòu)軟件STAAD對(duì)石化裂解爐鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)敏感性指標(biāo)確定關(guān)鍵構(gòu)件，將其強(qiáng)度和剛度不斷降低計(jì)算整體結(jié)構(gòu)倒塌的臨界溫度，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)定目標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)室外烴類(lèi)火下超薄型防火涂料耐火性能試驗(yàn)還不多，對(duì)其進(jìn)行了發(fā)泡實(shí)驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)纖維火試驗(yàn)結(jié)果，采用等效爆火時(shí)間理論進(jìn)行研究。 本文研究?jī)?nèi)容關(guān)注石化裝備鋼結(jié)構(gòu)抗火和倒塌控制技術(shù)，提出了火災(zāi)下鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)承載力的計(jì)算公式和上限法確定鋼框架臨界溫度的計(jì)算方法，編制了鋼框架的抗火計(jì)算程序，用來(lái)進(jìn)行火災(zāi)場(chǎng)景下的模擬分析，為鋼結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，提出了適合于工程設(shè)計(jì)應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)范圍的計(jì)算方法。
【圖文】：

有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明：石油化工企業(yè)的火災(zāi)約占城市重特大火災(zāi)的 25%以上。典型的石化重大火災(zāi)有（見(jiàn)圖1.1）：中石化 2008 年 6 月 3 日茂名乙烯裂解裝置重大火災(zāi)事故，6 月 3 日18 時(shí) 55 分，正在運(yùn)轉(zhuǎn)的茂名乙烯 2 號(hào)裂解爐突然發(fā)生火災(zāi)，50 名消防勇士組成“敢死隊(duì)”，強(qiáng)突最危險(xiǎn)的爆炸區(qū)內(nèi)，對(duì)裝置進(jìn)行排空，防止因火災(zāi)被撲滅而發(fā)生二次爆炸。在 250 余名參戰(zhàn)官兵的奮勇?lián)渚认�，�?dāng)晚 20 時(shí) 30 分，火勢(shì)已被控制，21 時(shí) 50 分，現(xiàn)場(chǎng)明火被撲滅，火災(zāi)持續(xù)時(shí)間約 90 分鐘

直到 1983 年加拿大學(xué)者 Thorburn[4]等提出利用內(nèi)嵌薄念后，給出了拉力帶模型 String Model (SM），利用 SM拉力帶傾角和水平承載力的計(jì)算公式，由 Timler 和 Kul了其有效性，才使得利用屈曲后強(qiáng)度的非加勁鋼板剪力始應(yīng)用。鋼板剪力墻類(lèi)似于豎向的懸臂梁，周邊柱類(lèi)似似于橫向加勁肋。目前，鋼板剪力墻仍然是研究熱點(diǎn)之拉力帶充分發(fā)揮作用時(shí)，對(duì)周邊框架的剛度要求較高，所開(kāi)孔和兩邊連接的開(kāi)縫鋼板剪力墻研究近來(lái)也受到重視帶理論(Diagonal Tension Theory)的研究進(jìn)展。1929 年heory[5]進(jìn)行飛機(jī)鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，認(rèn)為不考慮板的屈曲后強(qiáng)出應(yīng)用拉力帶理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量。如圖簡(jiǎn)化為拉壓桿桁架，在集中力 P 的作用下壓桿屈曲失穩(wěn)年 Paul Kuhn Theory[6]認(rèn)為壓桿屈曲后仍可承受一定荷拉力帶共同承載的設(shè)計(jì)理論，用系數(shù) k 來(lái)表示兩者所占試驗(yàn)破壞如圖 1.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TU391

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡曉斌;錢(qián)稼茹;;結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌分析改變路徑法研究[J];四川建筑科學(xué)研究;2008年04期

2 楊越;高建嶺;白玉星;龍清宇;王曉純;;火災(zāi)下鋼框架結(jié)構(gòu)破壞的模擬分析[J];北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

3 高虹;趙春英;張發(fā)余;;鋼結(jié)構(gòu)超薄型防火涂料研究進(jìn)展[J];電鍍與精飾;2011年08期

4 李亮文,趙金城;不同應(yīng)力—溫度路徑下平面鋼框架火災(zāi)反應(yīng)的非線(xiàn)性分析[J];防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào);2005年02期

5 趙克超;李福恩;;鋼框架抗火計(jì)算研究進(jìn)展[J];工程建設(shè)與設(shè)計(jì);2011年03期

6 郭彥林;陳國(guó)棟;繆友武;;加勁鋼板剪力墻彈性抗剪屈曲性能研究[J];工程力學(xué);2006年02期

7 胡曉斌;錢(qián)稼茹;;單層平面鋼框架連續(xù)倒塌動(dòng)力效應(yīng)分析[J];工程力學(xué);2008年06期

8 張宏濤;張榮鋼;白玉星;徐秉業(yè);王曉純;徐彤;張素枝;高建嶺;;鋼框架整體結(jié)構(gòu)的抗火極限安全分析[J];工程力學(xué);2008年08期

9 張威振,徐志勝;超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J];鋼結(jié)構(gòu);2005年01期

10 蔣首超,李國(guó)強(qiáng),葉綺玲;火災(zāi)下鋼框架結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性反應(yīng)分析與試驗(yàn)研究[J];工業(yè)建筑;2004年08期

本文編號(hào)：2547592