基于实际火灾场景的钢框架结构温度场及力学性能分析

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钢框架结构具有自重轻、整体刚度好、变形能力强、施工快捷、绿色环保等优点,广泛适用于大跨度和高层建筑当中,在我国拥有广阔的应用前景。火灾对钢结构的材料性能有显著影响,当温度达到600℃时,钢材将丧失绝大部分强度,因此钢结构建筑抗火问题一直是研究的重点。现阶段国内外针对火灾作用下构件的响应规律及钢框架结构连续性倒塌机制和抗连续性倒塌性能的研究,一般采用ISO834标准升温曲线对构件或结构进行均匀升温,但标准升温曲线没有考虑火灾荷载、火源位置、受火房间几何参数和热工参数等因素,与实际火灾差别较大。本文通过对钢框架结构在实际火灾场景下的非均匀温度场和力学性能的模拟,进行钢框架结构在实际火灾作用下的参数分析,弥补了采用标准升温曲线进行均匀升温的缺陷,进而提出提高结构在实际火灾场景下抗连续性倒塌性能的设计建议。本文的主要工作如下:1、选取合理的热源参数,参考钢框架的结构与尺寸,采用FDS(Fire Dynamics Simulator)火灾分析软件建立钢框架结构房间的火灾模型,对其进行温度场分析。提取关键数据点的温度数据,并将其与已有实验数据进行比对,验证火灾模型的正确性,并研究了升温过程中,框架梁、柱温度的发展和分布规律。2、选取不同温度下材料的本构模型,定义合理的网格划分、边界条件、荷载大小,建立钢框架结构模型,并且将温度场分析结果引入结构模型中,进行实际火灾场景下钢框架结构的力学性能分析。对框架梁、柱是否失效,结构是否发生连续性倒塌破坏进行判断,输出钢框架的应力云和位移云图,分析火灾下结构在火灾作用下的变形与受力特点。3、基于以上的有限元模拟方法,建立基于实际工程的钢框架结构,从火灾场景、火灾位置等方面,对钢框架进行单参数变化分析,找出对火灾下框架梁、柱破坏时间,对结构发生连续性倒塌破坏速度影响最大的几个主要因素。解决火灾对钢框架结构连续性倒塌破坏的影响、结构破坏对结构自身的影响两个方面的问题。提出钢框架结构在实际火灾场景下抗连续性倒塌的优化设计建议。
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