火灾下钢筋混凝土结构连续倒塌研究

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近年来国内外发生多起由于火灾引起结构连续倒塌事故,由于结构的连续倒塌往往发生与初始破坏不相称的大范围坍塌,导致这些事故造成了重大的人员伤亡和严重的经济损失。对于一些初始破坏很严重所引发的连续倒塌事故,很难避免事故的发生,如9·11美国世贸大厦倒塌事件。而对于一些初始破坏很小所引发的连续倒塌事故,如果国家出台全面的相关设计规范,以及在设计与施工中采用合理的措施,一些连续倒塌事故是可以避免或减轻的。在火灾模拟中以往对内部环境的升温问题多直接采用国际标准升温曲线代替实际升温曲线,这样会使计算结果存在误差。本文通过使用火灾模拟软件FDS得出更加真实和准确的升温曲线,然后在此基础上应用ANSYS有限元软件分析构件的温度场和变形情况。主要做了以下工作:1.使用FDS对某钢筋混凝土框架结构酒店进行模拟得出热释放速率曲线和火灾升温曲线。首先对某钢筋混凝土框架结构酒店的可燃物情况进行调查,然后使用火灾模拟软件FDS通过输入相关火灾参数,建模,设置观测点等进行模拟。得出该酒店的热释放速率曲线和火灾升温曲线,为接下来的ANSYS分析提供数据基础。2.火灾过程中材料的热工性能和力学性能随着温度的升高下降,通过FDS模拟的升温曲线计算出不同时间不同观测点温度,然后分别计算出混凝土和钢材的导热系数、比热等参数。通过ANSYS对结构构件进行瞬态热分析,模拟不同时刻梁、柱截面以及节点内部温度场分布情况,为研究结构的耐火性能奠定基础。3.使用ANSYS对钢筋混凝土框架结构模型进行热力耦合分析,得出结构的位移分布云图,通过得出水平位移云图和竖直位移云图,为酒店的防火提供参考,对比跨中挠度分析火灾温度的变化情况。然后通过拆除比较危险的角柱模拟在拆除角柱情况下的火灾下变形,同时在六楼添加一模量比较大的备用传力支撑,备用传力支撑一方面可以对楼下提供拉力,一方面可以对楼上提供支撑力,然后对比两种模型位移云图,为以后的酒店设计提供一定参考。本文所分析的位移云图等数值为以后的酒店抗火设计和分析结构耐火性能提供一定的参考。其中拆除角柱只考虑了拆除了一根角柱的情况,添加备用传力支撑只考虑在六楼添加,这只是其中的一种形式,希望为以后的研究和设计提供一定参考。
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