钢框架结构的火灾模拟及有限元分析

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1、论文编号】()06015-0058中图分类号TOlbTHi学科分类号。，0.】530密级TIANJINUNIVERSITYOFTECHNOLOGY工程硕士学位论文DISSERTATION钢框架结构的火灾模拟及有限元分析TheFireSimulationandtheFiniteElementAnalysisofSteelFramevStructure工程领域:机槭工程策•姓i:庞见指导教师:陈玲教授o一五年天津理工大学研究生部独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下迸行的研宄工作和取得的研宄成果，除了

2、文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工大学或其他教育和L构的学位或证节而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作/明确的说明并表示/谢意。学位论文作者签名：策签字日期：&年彡月“日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权夭津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、縮印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送

3、交论文的复本和电子文件。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：,^导师签名：f^签字日期：>7广年3月丨丨日签字日期：办//年3月//曰分类号：TB115TU391密级：天津理工大学研究生学位论文钢框架结构的火灾模拟及有限元分析（申请硕士学位）学科专业：机械工程研究方向：钢结构抗火设计作者姓名：庞见指导教师：陈玲教授2015年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeTheFireSimulatio

4、nandtheFiniteElementAnalysisofSteelFrameStructureByJianPangSupervisorLingChenJanuary2015摘要钢材料有良好的结构特性，常作为钢结构类建筑的主要建材。但其材料性能对温度非常敏感，弹性模量及材料强度在200℃前与常温时相当，到500摄氏度时只有常温时的一半左右，到600℃时钢材达到材料塑性阶段，基本丧失承受荷载能力。火灾作为建筑物受损的常见形式，往往使得建筑物内的温度达到800-900℃左右，并持续很长时间，导致建筑物承载能力下降

5、甚至坍塌，带来巨额的经济损失和大量的人员伤亡。目前国内外对结构中独立构件的结构抗火分析已经比较完善，对钢框架的整体抗火性能的研究还不够深入全面。钢结构抗火设计中首要工作即是对火灾发生时空间的温度分布的描述。目前对火灾全过程空间温度分布多限于使用标准升温曲线来进行模拟计算，但实际火灾时的温度变化与标准升温曲线存在较大差异。不同的火灾荷载、不同的建筑形式、其温度分布趋势与数值都有很大差异，而这种差异会直接导致后续的热——结构耦合分析中结构力学反应的不同。此外，假定温度沿梁横断面均匀分布或线性分布，这都与真实情况不符

6、，也未实现热——结构的真正耦合计算。针对以上情况，本文作了以下研究工作：1.概括总结钢结构抗火方面的研究现状，较为系统的比较各国关于钢材料及混凝土材料等物理性能和热工参数。考虑高温下钢的非线性性能，并结合实际情况取值，从而确定了本文在热——结构分析过程中所需参数；2.采用火灾模拟软件FDS建立某间办公室的实际受火模型，模拟其发生火灾时烟雾流动，火势发展，室内温度场等规律，并详细分析了通风口对室内发生火灾时温度场的影响，确定室内升温曲线，为更准确的模拟火灾下钢框架结构的抗火性能提供较为准确的温度载荷；3.采用AB

7、AQUS对钢构件内部温度场进行传热分析，将分析得到的温度场与标准升温曲线下的温度场进行对比，分析二者差异。在整体结构响应分析中将火灾模拟所得的温度场作为热——结构耦合分析中的体荷载，进行有限元计算，得到梁跨中挠度的变化规律并以此推断结构的抗火时间，此外还分析整体框架及混凝土楼板的应力、变形等规律。关键词：钢框架结构火灾模拟有限元分析抗火性能AbstractAsthemainbuildingmaterialinsteelbuildings,steelwasoftenusedbecauseofitsgoodstru

8、cturalproperties.Steelmaterialpropertieswereverysensitivetotemperaturewhoseelasticmodulusandyieldstrengthalmostkeptconstantbefore200℃,andreducedtohalfwhilethetemperaturereachedto500℃,andthesteel