本文選題：局部火災(zāi) + 弦支穹頂結(jié)構(gòu)��； 參考：《南京工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：弦支穹頂結(jié)構(gòu)是將單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和索撐體系相結(jié)合形成的一種大跨度預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu),具有受力合理、充分發(fā)揮剛?cè)醿煞N材料優(yōu)勢的特點,在實際工程中得到越來越多的應(yīng)用。目前國內(nèi)外對于弦支穹頂結(jié)構(gòu)的研究主要是常溫下結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工方法,針對高溫下結(jié)構(gòu)力學性能的研究并不全面,而弦支穹頂結(jié)構(gòu)中高強度預(yù)應(yīng)力拉索的引入使得結(jié)構(gòu)對于火災(zāi)的危害更為敏感,因此亟待對其抗火性能開展深入研究。本文以工程中常用的凱威特—聯(lián)方型弦支穹頂結(jié)構(gòu)為研究對象,主要進行了以下研究工作：(1)采用基于非線性有限元理論開發(fā)的ANSYS數(shù)值模擬軟件,參照實際工程中常用的幾何尺寸,采用初始應(yīng)變法張拉徑索對下部索撐體系施加預(yù)應(yīng)力,建立凱威特-聯(lián)方型弦支穹頂結(jié)構(gòu)數(shù)值分析模型,對比已有工程實例確定所建立的結(jié)構(gòu)數(shù)值分析模型的可靠性,明確矢跨比、預(yù)應(yīng)力水平和外荷載對弦支穹頂結(jié)構(gòu)力學特征的影響規(guī)律。(2)采用ANSYS數(shù)值模擬軟件,考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性和材料非線性,以CECS200：2006中規(guī)定的壓彎構(gòu)件或拉彎構(gòu)件高溫承載力作為網(wǎng)殼桿件受火承載極限狀態(tài),以軸心壓桿高溫承載力作為撐桿受火承載極限狀態(tài),以高溫抗拉強度極限作為鋼拉索受火承載極限狀態(tài),按溫度增量法,模擬高溫下弦支穹頂結(jié)構(gòu)的受火反應(yīng),分析均勻升溫與非均勻升溫時結(jié)構(gòu)的力學響應(yīng)及其破壞模式。(3)制定弦支穹頂結(jié)構(gòu)局部火災(zāi)下受火反應(yīng)分析的參數(shù)方案,以溫度場非均勻性、荷載比、火源特性、矢跨比和預(yù)應(yīng)力水平作為關(guān)鍵參數(shù)對弦支穹頂結(jié)構(gòu)的受火反應(yīng)進行數(shù)值分析,深入了解關(guān)鍵參數(shù)對凱威特—聯(lián)方型弦支穹項結(jié)構(gòu)在局部火災(zāi)下變形特征、應(yīng)力歷程和臨界溫度的影響規(guī)律,定性得出弦支穹頂高溫下的破壞模式,為進一步研究弦支穹頂結(jié)構(gòu)的受火工作機理提供參考。研究表明,火災(zāi)歷程中,弦支穹頂結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律為整體先向上起拱然后向下塌落�；鹪窗霃綄ο抑я讽斀Y(jié)構(gòu)的臨界溫度影響較小,溫度場的非均勻性、荷載比、火源位置、矢跨比、預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)臨界溫度影響較大。局部火災(zāi)中溫度場的非均性越大,結(jié)構(gòu)的臨界溫度越高;弦支穹頂結(jié)構(gòu)的荷載比越大,臨界溫度越低；火源距結(jié)構(gòu)跨中位置越近,臨界溫度越高；隨著弦支穹頂結(jié)構(gòu)矢跨比的增大,臨界溫度增大；隨著弦支穹頂結(jié)構(gòu)常溫下預(yù)應(yīng)力的增大,臨界溫度越高。局部火災(zāi)下弦支穹頂結(jié)構(gòu)的破壞模式主要有兩種：外圈環(huán)索的受火極限承載力明顯下降而成批發(fā)生受拉破壞或最外圈環(huán)桿的應(yīng)力增長較大而產(chǎn)生較多環(huán)桿單元的破壞,最終導致整體結(jié)構(gòu)失效。
[Abstract]:The chord dome structure is a kind of large span prestressed space steel structure which is formed by combining the single-layer reticulated shell structure with the cable bracing system. It has the characteristics of reasonable force and full play of the advantages of rigid and flexible materials.It has been applied more and more in practical engineering.At present, the research of the dome structure at home and abroad is mainly about the design and construction method of the structure at room temperature, but the research on the mechanical properties of the structure under high temperature is not comprehensive.The introduction of high-strength prestressed cables in the domes makes the structure more sensitive to fire hazards, so it is urgent to conduct a deep study on its anti-fire performance.In this paper, the Kewitt-Coupling Dome structure, which is commonly used in engineering, is taken as the research object. The following research work is carried out: 1) the ANSYS numerical simulation software is developed based on nonlinear finite element theory.Referring to the geometric dimensions commonly used in practical engineering, the initial strain method is used to apply prestress to the lower cable-braced system, and a numerical analysis model of Cavette-United square domes is established.The reliability of the established numerical analysis model is determined by comparing the existing engineering examples, and the influence of the rise-span ratio, the level of prestress and the external load on the mechanical characteristics of the dome structure is determined. (2) the numerical simulation software ANSYS is used to simulate the reliability of the established numerical analysis model.Considering the geometric nonlinearity and material nonlinearity of the structure, the high temperature bearing capacity of the bending member or the tension bending member specified in CECS200:2006 is taken as the ultimate state of the fire bearing capacity of the latticed shell member, and the high temperature bearing capacity of the axial compression rod is taken as the ultimate state of the fire bearing capacity of the bracing member.Taking the high temperature tensile strength limit as the ultimate state of the steel cable fire bearing capacity, according to the temperature increment method, the fire response of the chord dome structure under high temperature is simulated.The mechanical response of the structure under uniform and non-uniform heating and its failure mode are analyzed. The parameter scheme of local fire response analysis of the domes under local fire is formulated. The temperature field inhomogeneity, load ratio and fire source characteristics are used.As the key parameters, the rise-span ratio and the prestress level are used to numerically analyze the fire response of the chordal dome structure, and the deformation characteristics of the key parameters to the Keweitt-Coupling string supporting Dome structure under local fire are deeply understood.The influence of stress history and critical temperature on the failure mode of the suspending dome at high temperature is obtained qualitatively, which provides a reference for further study on the mechanism of the chordal dome structure being subjected to fire.The results show that the deformation law of the domes is that the whole arch starts up first and then collapses down.The influence of the radius of the fire source on the critical temperature of the chord dome is small, and the inhomogeneity of the temperature field, the load ratio, the location of the fire source, the rise-span ratio and the prestress have a great influence on the critical temperature of the structure.The greater the inhomogeneity of temperature field in local fire, the higher the critical temperature of the structure; the higher the load ratio of the domes is, the lower the critical temperature is, the closer the fire source is to the central span of the structure, the higher the critical temperature is.With the increase of the rise-span ratio of the dome, the critical temperature increases, and the critical temperature increases with the increase of prestress at normal temperature.There are two main failure modes of the dome structure under local fire: the ultimate bearing capacity of the outer ring cable decreases obviously, resulting in the wholesale tensile failure or the stress increase of the outer-ring ring rod, which results in more damage of the ring bar element.Finally, the whole structure fails.
【學位授予單位】：南京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU399

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本文編號：1765229