火灾高温下钢筋混凝土连续梁非线性有限元分析

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结构抗火是结构工程领域里的一个重要难题。钢筋混凝土结构的抗火性能虽然优于其它结构,但同样面临抗火问题。由于试验设备和火灾试验本身极其昂贵,利用有限元计算软件来模拟建筑构件及结构在火灾中的反应变得越来越重要。随着火灾科学与技术的发展,西方发达国家逐步采用性能化的防火设计方法,这种转变使有限元计算软件成为一种主要的设计和分析工具,离开这类软件来分析建筑构件在各种不同的约束、荷载、火灾条件下的反应是不现实的。本文主要工作包括两大部分。第一部分为借鉴前人的研究成果,总结了混凝土和钢筋的各种高温热工参数模型和力学性能参数模型,同时还总结了各种温升曲线并简要介绍了热传导方程;第二部分结合了第一部分的内容建立了钢筋混凝土构件二维截面温度场有限元模型,分析了各种参数模型对温度场的影响;还建立了三维框架梁有限元模型,对不同受火工况下的应力分布和变形情况进行了深入讨论。主要研究成果如下:(1)钢筋混凝土构件截面的温度场在不同的升温曲线加载下区别很大。当加载参数化升温曲线时,升温段,截面内钢筋温度升高很快;升温结束后,截面内部可能存在两个以上的高温极区。(2)构件截面受火面不同,其内部温度分布也不同,但温度分布总是沿着受火面向非受火面或截面内部呈下降趋势;截面尺寸对钢筋温度没有影响;相同条件下增大保护层的厚度可以降低钢筋温度,提高构件的高温承载力。(3)构件截面内温度对密度比热的乘积变化比较敏感;距离受火面越远的点,受导热系数变化的影响越大。(4)框架梁同时作用结构和温度荷载,节点位移不能简单的等同于各自荷载单独作用下的位移叠加;当结构荷载较小,火灾发生时间较充分时,温度荷载对钢筋的影响远大于结构荷载的影响,有可能使钢筋出现无拉应力状态。(5)相临受火面角部位置比单面受火角部位置位移要大;两端固定梁底部靠近支座200mm的部位存在位移集中区域。(6)温度荷载与结构荷载一样,在框架连续梁结构中都存在着荷载最不利布置问题。
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