本文選題：高溫　切入點(diǎn)：鋼框架　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著“9.11”事件中世貿(mào)雙塔的倒塌,在世界范圍內(nèi)引發(fā)了對(duì)火災(zāi)作用下結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌問題的廣泛關(guān)注。由于鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)更易在火災(zāi)高溫作用下發(fā)生破壞,且破壞一旦發(fā)生后果就比較嚴(yán)重,所以鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的倒塌破壞和失效分析更是成為研究的重點(diǎn)。為了最大限度的降低火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)的危害,減少鋼結(jié)構(gòu)倒塌和失效帶來(lái)的人員和財(cái)產(chǎn)損失,研究人員必須首先對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的受火失效過(guò)程充分了解,并能準(zhǔn)確評(píng)估出結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下是否會(huì)發(fā)生失效破壞以及破壞達(dá)到的程度。目前,由于對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)耗資巨大,且會(huì)造成資源的大量浪費(fèi),所以試驗(yàn)研究多集中在單獨(dú)的構(gòu)件方面,包括梁、柱、板以及剪力墻等。這就使得通過(guò)理論分析以及數(shù)值模擬的方式對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行火災(zāi)作用下的失效過(guò)程分析顯得尤為重要。本論文針對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)展開了一系列的理論分析和數(shù)值模擬,研究主要包括以下幾方面的內(nèi)容:(1)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)中給出的結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法(包括拉結(jié)力法和改變路徑法)進(jìn)行歸納。給出拉結(jié)力法荷載和抗力系數(shù)、樓板荷載以及拉結(jié)強(qiáng)度的確定方法;改變路徑法關(guān)鍵構(gòu)件的選取原則、荷載的組合形式、結(jié)構(gòu)的破壞限度以及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),對(duì)國(guó)內(nèi)外在高溫下鋼材的熱和力學(xué)性能方面取得的研究成果進(jìn)行了匯總;(2)基于連續(xù)性理論,采用轉(zhuǎn)換矩陣法,推導(dǎo)出鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)隨溫度的升高其內(nèi)力和變形的計(jì)算公式,并通過(guò)MATLAB編程予以實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)一榀四層四跨的鋼框架-混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行受火分析,將推導(dǎo)公式的計(jì)算結(jié)果和有限元的分析結(jié)果進(jìn)行比較,互為驗(yàn)證;(3)基于APM,通過(guò)時(shí)間歷史分析函數(shù)在結(jié)構(gòu)中引入初始破壞,在給出構(gòu)件受損傷失效后結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的同時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)在火災(zāi)次生災(zāi)害作用下的失效全過(guò)程進(jìn)行了分析,并給出受損傷結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫作用下的破壞形式以及安全逃生時(shí)間;(4)通過(guò)對(duì)受損傷結(jié)構(gòu)和完整結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫作用下的失效過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析,研究初始破壞對(duì)結(jié)構(gòu)火災(zāi)高溫行為的影響。通過(guò)比較不同火災(zāi)環(huán)境以及火災(zāi)位置下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),研究初始升溫速率和邊跨、中間跨受火對(duì)結(jié)構(gòu)抗火性能的影響;(5)給出鋼框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫作用下,從升溫初始時(shí)刻到受火構(gòu)件失效整個(gè)過(guò)程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的計(jì)算方法,并討論了構(gòu)件正常工作應(yīng)力水平對(duì)其受火失效溫度的影響。同時(shí)基于DCR準(zhǔn)則,給出在役鋼框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫作用下的抗連續(xù)倒塌評(píng)估方法。通過(guò)算例對(duì)評(píng)估的具體方法進(jìn)行了說(shuō)明,并討論了梁跨度的改變對(duì)受火鋼框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和失效形式的影響。
[Abstract]:With the collapse of the twin towers in the "9 / 11" incident, widespread attention has been paid to the continuous collapse of the structure under fire worldwide. Because steel structures are more vulnerable to damage under fire and high temperature than concrete structures, In order to minimize the damage caused by fire, the collapse failure and failure analysis of steel structure under fire is the focus of the research. To reduce the loss of personnel and property caused by collapse and failure of steel structures, researchers must first fully understand the process of fire failure of steel structures. And it can accurately evaluate whether the structure will fail and damage and the degree of damage under the fire. At present, because of the large cost of fire test on the whole structure, and will cause a large amount of waste of resources, So most of the experimental studies are focused on individual components, including beams and columns. This makes it very important to analyze the failure process of the whole structure under fire by theoretical analysis and numerical simulation. A series of theoretical analysis and numerical simulation are carried out. The research mainly includes the following contents: 1) summarizing the design methods of continuous collapse of structures (including the method of tension force and the method of changing path), and giving the load and resistance coefficient of the method of tension force. The method of determining floor load and tensile strength; changing the selection principle of key components of the path method, the form of combination of loads, the damage limit of structure and the acceptance criteria, at the same time, Based on the theory of continuity, the transformation matrix method is used to summarize the research results on the thermal and mechanical properties of steel at high temperature at home and abroad. The formulas of internal force and deformation of steel frame-shear wall structure with increasing temperature are derived and realized by MATLAB programming. A four-story and four-span steel frame-concrete shear wall structure is subjected to fire analysis. The calculation results of the derived formula are compared with the results of the finite element analysis. The results are verified by each other. Based on APM, the initial failure is introduced into the structure through the time history analysis function. At the same time, the dynamic response of the structure after the damage and failure is given. The whole failure process of structure under the action of secondary fire disaster is analyzed. The failure mode of damaged structure under fire high temperature and the safe escape time are given. The failure process of damaged structure and intact structure under fire high temperature is compared and analyzed through the comparison and analysis of the failure process of damaged structure and intact structure under the action of fire high temperature. The effects of initial failure on the high temperature behavior of structures are studied. By comparing the structural responses in different fire environments and fire locations, the initial heating rate and edge span are studied. The effect of middle span fire on the fire resistance of steel frame structure A method for calculating the internal force and deformation of the steel frame structure during the whole process from the initial time of heating to the failure of the fire member under the action of high temperature in fire is presented. The influence of normal working stress level on the failure temperature is discussed, and based on the DCR criterion, The evaluation method of continuous collapse of in-service steel frame structures under fire and high temperature is given. The concrete method of evaluation is illustrated by an example, and the influence of the change of beam span on the internal force and failure form of steel frame structure under fire is discussed.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU391

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本文編號(hào)：1593436