传统木结构典型构件火灾性能试验研究

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1、学校代码：10286分类号：TU366密级：公开UDC：624学号：151052工程硕士学位论文传统木结构典型构件火灾性能试验研究研究生姓名：王正昌导师姓名：韩重庆研究员级高工王志明高级工程师申请学位类别工程硕士学位授予单位东南大学工程领域名称建筑与土木工程论文答辩日期2018年06月07日研究方向结构工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席孟少平教授评阅人S005190-1S005190-22018年6月8日工程硕士学位论文传统木结构典型构件火灾性能试验研究专业名称：建筑与土木工程研究生姓名：王正昌导师姓名：韩重庆中国南京东南大学二O一八

2、年六月ExperimentalStudyonFirePerformanceofTypicalComponentsofTraditionalTimberStructureADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangZhengchangSupervisedbyHanChongqingSchoolofCivilEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本

3、人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。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了明确的说明并表示了谢意。ｉ研宄生签名：ｊｔ曰期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研宄所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学

4、位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的一内容和纸质论文的内容相。致除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：＿摘要传统木结构典型构件火灾性能试验研究学校名称：东南大学研究生姓名：王正昌导师：韩重庆摘要地仗工艺是传统木结构中常见的表面处理工艺，地仗层包裹在木构件表面，有效提高了木构件的防腐和防虫性能，但其对木构件防火

5、性能的影响尚不清楚。本文采用传统木结构中常见的“一麻五灰”地仗工艺，对木梁、木柱进行处理，通过试验研究和有限元模拟，对传统木结构典型构件的耐火极限和受火后力学性能进行较全面的研究。本文主要内容及结论如下：（1）选取木结构建筑中常见的南方松木材，进行了10根木梁和10根木柱的耐火极限试验，研究了持荷比、截面尺寸、表面处理方式等因素对木构件耐火极限的影响规律。结果表明，木梁和木柱的耐火极限随持荷比增大而降低，随截面尺寸增大而提高；一麻五灰地仗处理能有效延缓木构件内部热电偶的升温速度，显著提高构件的耐火极限。（2）对耐火极限试验后的木构件进行了炭化层

6、厚度分析，结果表明圆木柱除去炭化层后的剩余截面基本仍呈圆形；矩形截面木梁三面受火后的剩余截面呈U型，底面边角处呈弧形，木梁沿截面高度方向的炭化速度略大于沿截面宽度方向的炭化速度；试件截面尺寸和持荷比对炭化速度影响不明显，一麻五灰地仗处理能有效减小炭化速度。（3）基于强度折减法推导适用于轴心受压圆木柱耐火极限的理论公式，计算结果与试验结果符合良好，说明采用强度折减法计算圆木柱耐火极限是可行的。基于此提出圆木柱防火设计中确定最小截面尺寸的方法。（4）针对木材正交各向异性、拉压强度不相等和拉压破坏模式不同的特点，编制了VUMAT用户材料子程序，对木材

7、弹性阶段的本构模型、高温下力学性能的折减规则、受拉受压模式下的屈服准则以及屈服后的损伤模型进行了定义。（5）采用ABAQUS软件调用VUMAT用户材料子程序，对木构件进行了热-力耦合分析，数值模拟得到的截面温度场、耐火极限和位移-时间曲线与试验结果符合良好。（6）进行了12根木梁和14根木柱受火后力学性能的试验，研究了剩余承载力、荷载-位移曲线、初始刚度和截面应变分布。结果表明，木构件受火后剩余承载力和初始刚度均随受火时间增加而减小，一麻五灰地仗处理能显著降低剩余承载力和初始刚度的减小幅度；运用ABAQUS软件进行了数值模拟，分析结果与试验结果

8、符合良好。I东南大学硕士学位论文（7）以受火时间为参数，通过有限元模拟对构件炭化速度进行了参数化研究，结果表明，随着受火时间增加木柱炭化速度逐渐减小且