火灾下钢筋混凝土剪力墙数值模拟和稳定性研究

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近年来,随城市化进程的加快,城市土地资源更加紧张,高层建筑及超高层建筑成为主流发展方向,而高层建筑及超高层建筑对结构的消防和耐火性能提出了更严格的要求。钢筋混凝土剪力墙作为高层建筑及超高层建筑的主要结构形式,迫切需要对其抗火性能进行研究。本文利用COMSOL多物理场仿真软件对钢筋混凝土剪力墙进行模拟分析,尤其对高温下温度场与稳定性开展研究,为高层建筑的钢筋混凝土剪力墙的防火设计和评估修复提供参考,主要的研究内容如下:(1)采用COMSOL多物理场仿真软件对钢筋混凝土剪力墙温度场进行了数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,并给出不同墙体厚度下剪力墙的防火隔热性的建议。(2)对钢筋混凝土剪力墙的温度场开展进一步的参数研究,分析不同升温曲线、不同受火面数、不同混凝土保护层厚度、不同传热边界条件和不同配筋率等对钢筋混凝土剪力墙温度场和耐火性能的影响,得出剪力墙的温度场随参数的变化规律。(3)利用COMSOL多物理场仿真软件建立了钢筋混凝土剪力墙三维热力耦合数值模型,将计算结果与试验结果对比,验证数值模拟结果的合理性。(4)对在承受高温和竖向荷载作用下剪力墙的内力和变形进行计算,分析了剪力墙的高厚比、配筋量、端部约束、受火时间、受火面数等对火灾下剪力墙整体稳定性的影响,得到了剪力墙的平面外变形曲线及应力云图;依据参数研究结果,修正了承受高温和竖向荷载作用的“一字形”剪力墙失稳临界承载力的计算公式。
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