RC框架結(jié)構(gòu)在極端火災作用下的連續(xù)倒塌過程研究

發(fā)布時間：2020-06-21 03:36

【摘要】：近些年來,我國建筑水平得到了的快速提升,由于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的建筑具有空間分隔靈活,自重輕,抗震性能優(yōu)良,節(jié)省材料等特點,廣泛應用于生活中。當框架結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生極端火災時,伴隨著溫度的升高,鋼筋混凝土強度急劇下降,整個結(jié)構(gòu)極易因為某一區(qū)域在極端火災下破壞,從而引起整棟建筑的連續(xù)倒塌。因此,研究鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在高溫下的的連續(xù)倒塌有著重要的工程意義和科研意義。本文基于ABAQUS軟件,對RC框架結(jié)構(gòu)在極端火災下的連續(xù)倒塌主要做了以下幾個方面的工作:(1)基于鋼筋和混凝土在高溫下的材料性能和力學性能,使用ABAQUS軟件,選取合適的有限元單元,首先模擬驗證了清華大學的鋼筋混凝土框架火災倒塌實驗。將實驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析,驗證了材料參數(shù)的正確性。(2)在驗證的材料參數(shù)上建立了兩層單跨框架模型,研究了配筋率、受火位置、柱截面類型、保護層厚度、梁柱線剛度比等因素對結(jié)構(gòu)在火災下的力學性能影響。首先對保護層厚度為20mm和35mm的框架結(jié)構(gòu)進行分析,保護層厚度越大,梁撓度越小,撓度差值達到3.58mm,同時保護層厚度為20mm的框架在152min發(fā)生倒塌,而保護層厚度為35mm的結(jié)構(gòu)在166min發(fā)生倒塌。對于受火位置的影響因素來說,下部受火時,P-△效應更加明顯,下柱柱底彎矩值比上部受火大49.18kN·m,同時下部受火結(jié)構(gòu)倒塌時間要比上部受火提前18min。對于柱截面類型來講,火災下同體積的圓形柱框架更易破壞,在132min,柱頂和柱底彎矩差值達到134.7kN · m。而矩形柱彎矩差最大差值僅為102.7kN·m,同時圓形框架要比矩形框架提前19min破壞。對于線剛度比的影響因素來講,線剛度比較小的結(jié)構(gòu)不僅滿足強柱弱梁,而且較小的線剛度比結(jié)構(gòu)無論是梁柱彎矩變化極值還是梁撓度變形都要小魚線剛度比較大的結(jié)構(gòu)。(3)不考慮樓板影響的前提下,建立三層典型的框架模型,通過全過程火災受力分析的方法,分別模擬角部房間失火、長邊中部房間失火、內(nèi)部房間失火三種工況,分析了結(jié)構(gòu)在極端火災下的倒塌方式和力學響應變化,三種工況的倒塌時間分別為300min、277min和253min。得出了由于變形會產(chǎn)生P-△效應、鋼筋由于高溫失效,不易形成懸鏈線機制等結(jié)果。并根據(jù)結(jié)果提出了提高框架結(jié)構(gòu)在火災下抗續(xù)倒塌的措施。(4)在工程中進行框架結(jié)構(gòu)房屋的設計時,我們可以要對底層重點區(qū)域布置更多的消防設施。并且在滿足建筑使用功能的前提下,應盡量避免堆積荷載,初始荷載的大小對框架結(jié)構(gòu)的在高溫下承載能力有著極大的影響。同時,對于存放易燃物的倉庫要選擇耐火性能好的防火材料。對于重要性要求高的結(jié)構(gòu),我們可以偏安全的不考慮樓板的貢獻,降低設計復雜性。
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU375.4;TU352.5
【圖文】：