传统木结构抗火性能数值分析

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1、分类号:TU310710-2015128047硕士学位论文传统木结构抗火性能数值分析方敢志导师姓名职称袁春燕副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称结构工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月1日学位授予单位长安大学NumericalAnalysisofFireResistanceaboutAncientTimberStructureAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FangGanzhiSupervisor：Prof.YuanChunyanChang

2、’anUniversity,Xi’an,China摘要为了研究木结构的抗火性能，分析了不同参数对木构件炭化速度的影响、抬梁式木构架温度场分布及榫卯节点的炭化规律，以及不同影响因素对受拉木构件耐火极限的影响。论文介绍了木结构抗火性能的研究现状、古建木结构的结构特点、热传导和热应力分析的基本原理，通过数值计算结果与试验结果的对比分析，验证数值分析的正确性，最后通过具体模型对古建木结构的抗火性能进行了数值分析，具体内容大致如下：1)利用有限元软件ABAQUS数值分析了密度、含水率和尺寸效应对受火木结构试件炭化速度的影响，分析结果表明

3、：密度对炭化速度的影响相对含水率与尺寸效应较为明显；木材的炭化速度在受火前一段时间内呈降低趋势，随后炭化速度呈现增大的趋势，之后炭化速度呈现降低的趋势。2)根据受火木构件的温度场分析，模拟出受火木构件的温度变化趋势，结果表明：在100℃时，温度趋势曲线呈平稳的温度平台变化；距离受火面越远，其温度平台越长；相同时刻下，随着受火面距离的增加，温度逐渐减小。3)数值分析了一榀抬梁式木构架的温度场，分析结果表明：竖直方向的炭化速度大于水平方向的炭化速度；燕尾榫头和榫槽窄端处均有不同程度的炭化，但在燕尾榫槽与榫头的接触面上未出现较明显的

4、炭化。4)数值分析了持荷水平对轴拉木结构构件耐火极限的影响，以及偏心距对偏拉木构件耐火极限的影响，分析结果表明：在一定条件下，随着持荷水平的增大，受拉木构件的耐火极限呈降低的趋势；荷载偏心对偏拉木结构构件耐火极限有明显影响，且在一定条件下，木构件耐火极限随偏心距增大而降低。关键词：抬梁式木构架，榫卯节点，抗火性能，炭化速度，温度场，耐火极限IAbstractInordertostudyfireresistanceoftimberstructure,thatdifferentparametersimpactoncharingra

5、teofwoodmemberswasanalyzed.Temperaturefielddistributionofpostandlintelconstruction,andcharringruleofmortise-tenonjointweresimulated.Thatdifferentfactorsimpactonfireenduranceoftensilewoodmemberswasanalyzed.Researchstatusaboutfireresistanceoftimberstructures,character

6、isticsofancienttimberstructure,fundamentalprinciplesaboutanalysisofbothheattransferandthermalstresswereintroduced.Throughcomparativeanalysismethodsofbothnumericalcomputationandexperimenttoverifynumericalanalysiswasaccurate.Fireresistanceofancienttimberstructurewasnu

7、mericallysimulatedbyconcretemodelatlast.Thespecificcontentsareroughlyasfollows:1)UsingfiniteelementsoftwareABAQUSsimulatedthatdifferentfactors,suchasdensity,watercontentandsizeeffect,impactoncharingrateofwoodmembersinthefire.Thenumericalresultsshowthatdensityhasanob

8、viouseffectoncharingrateofwoodcomparedwithbothwatercontentandsizeeffect;andcharingrateoftimbertakesonatrendthatdecreasefirstly,thenincreas