火灾下钢框架抗连续倒塌计算分析方法的研究

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目前,结构的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题,因而日益受到关注。国外已经对连续倒塌问题进行了三十余年的研究,提出了一些结构抗连续倒塌设计分析方法。自“9·11”事件以来,火灾下的结构连续倒塌引起了人们的重视,火灾作为偶然作用具有作用时间长、影响范围大以及热—静力耦合作用等特殊性,因此,单纯关注局部关键构件破坏引起的结构反应的设计分析方法并不适用于火灾下的结构抗连续倒塌的计算分析。本文参考了国内外结构抗连续倒塌的研究成果,以及规范中的相关规定,针对火灾的特殊性,提出了“基于多重荷载路径方法和局部抵抗特殊偶然作用方法的全过程分析法”。钢结构因具有强度高,重量轻,韧性好等优点,被广泛应用于建筑结构中,但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点一旦发生火灾钢结构建筑可能发生严重的局部破坏,甚至引发过早的连续倒塌。本文以钢框架为例,使用上述方法对钢结构进行火灾反应分析,得到钢框架在火灾中的温度分布及破坏过程,并对残余结构的力学特性进行了评估。本文使用非线性有限单元分析软件ANSYS对钢框架遭受火灾进行了全程的模拟分析。建立了钢框架在火灾条件下的传热模型,外力荷载和温度荷载共同作用下的受力模型,综合考虑材料非线性和几何非线性,对其底层角部房间受火时的抗火分析研究。同时给出了钢框架因火灾导致破坏后的的静力简化分析方法,对其遭受局部房间破坏后的整体结构的抗连续倒塌性能进行计算分析。本文最后对全过程分析法和静力简化分析法的结果进行了比较,得出结论,静力简化分析法计算得到的结果小于全程分析法,在使用时应乘以放大系数,进行修正。
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