本文關(guān)鍵詞：基于FDS模擬溫度場作用下鋼結(jié)構(gòu)體系抗火性能分析

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【摘要】：大空間建筑能夠提供寬敞舒適的內(nèi)部環(huán)境,又能滿足建筑功能的多樣化需求,所以近些年大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用越來越廣泛。鋼結(jié)構(gòu)抗火性能差,一旦發(fā)生火災(zāi),鋼結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生構(gòu)件破壞甚至整體倒塌。目前針對鋼結(jié)構(gòu)的防火研究主要集中在一般室內(nèi)火災(zāi),然而大空間建筑火災(zāi)的溫度場具有分層性和區(qū)域性,不同于一般室內(nèi)火災(zāi)的均勻溫度場,且高溫荷載作用下單個構(gòu)件的破壞并不意味著整個結(jié)構(gòu)達(dá)到了極限狀態(tài),因此有必要針對不同火災(zāi)場景下的大空間建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體抗火性能進(jìn)行深入研究。本文選用一平面剛架結(jié)構(gòu)和一空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為研究對象,采用數(shù)值模擬的方法,對大空間建筑鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的溫度場分布和整體抗火性能進(jìn)行研究。論文完成的主要研究內(nèi)容如下:(1)歸納總結(jié)結(jié)構(gòu)鋼材在高溫下的材料特性,并確定用于后續(xù)分析所需的熱物理參數(shù)和力學(xué)參數(shù)的取值;介紹兩種用于計算鋼構(gòu)件升溫的方法,并結(jié)合實例對計算結(jié)果進(jìn)行對比分析,確定本文所選用的計算方法;(2)利用FDS軟件建立某平面剛架結(jié)構(gòu)倉庫固定型火源火災(zāi)模型以及某空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體育館擴(kuò)展型火源火災(zāi)模型,通過改變火源位置或著火點位置來建立不同火災(zāi)場景,并分析火源或著火點位置的改變對火災(zāi)發(fā)展過程和室內(nèi)溫度場的影響;(3)以FDS模擬結(jié)果作為大空間建筑火災(zāi)的室內(nèi)溫度場,并對該溫度場進(jìn)行適當(dāng)分區(qū),同時利用ANSYS瞬態(tài)熱分析方法,計算兩種結(jié)構(gòu)體系不同火災(zāi)場景下各構(gòu)件或單元不同時刻的溫度值;(4)將熱分析得到的構(gòu)件或單元不同時刻的溫度作為荷載施加到結(jié)構(gòu)上,然后利用有限元軟件ANSYS采用熱-結(jié)構(gòu)耦合分析方法,對結(jié)構(gòu)在不同火災(zāi)場景下的響應(yīng)進(jìn)行非線性全過程數(shù)值模擬,分析其抗火性能并確定耐火極限,最后采用基于結(jié)構(gòu)性能化的抗火設(shè)計方法,分析不同厚度的防火涂料對結(jié)構(gòu)抗火性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑 火災(zāi) 溫度場模擬 熱-結(jié)構(gòu)耦合分析 性能化防火
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU391;TU352.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)的特點10-12
• 1.2.1 大空間建筑特點10-11
• 1.2.2 大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)特點11-12
• 1.3 大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗火設(shè)計方法12-14
• 1.4 大空間建筑鋼結(jié)構(gòu)抗火研究現(xiàn)狀14-18
• 1.4.1 大空間建筑火災(zāi)溫度場的研究14-16
• 1.4.2 大空間建筑火災(zāi)中構(gòu)件升溫計算方法研究16
• 1.4.3 鋼材火災(zāi)過程中材料性能的研究16-17
• 1.4.4 大空間鋼結(jié)構(gòu)整體的抗火性能研究17-18
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 普通結(jié)構(gòu)鋼材的高溫特性及鋼構(gòu)件升溫分析19-38
• 2.1 高溫下結(jié)構(gòu)鋼材的熱物理特性19-22
• 2.1.1 密度19
• 2.1.2 熱膨脹系數(shù)19-20
• 2.1.3 比熱容20-21
• 2.1.4 熱傳導(dǎo)系數(shù)21-22
• 2.2 高溫下結(jié)構(gòu)鋼材的力學(xué)特性22-27
• 2.2.1 泊松比23
• 2.2.2 屈服強(qiáng)度23-24
• 2.2.3 彈性模量24-25
• 2.2.4 應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系25-27
• 2.3 火災(zāi)下鋼構(gòu)件升溫的基本原理27-31
• 2.3.1 火災(zāi)下空氣溫度場及計算方法介紹28-29
• 2.3.2 火災(zāi)下鋼構(gòu)件傳熱升溫的基本原理29-31
• 2.4 火災(zāi)下鋼構(gòu)件升溫的計算31-37
• 2.4.1 火災(zāi)下鋼構(gòu)件升溫的實用計算方法31-32
• 2.4.2 火災(zāi)下鋼構(gòu)件升溫的瞬態(tài)熱分析方法32-33
• 2.4.3 算例比較33-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 大空間建筑火災(zāi)空氣溫度場的數(shù)值模擬分析38-59
• 3.1 FDS軟件模擬火災(zāi)的流程和參數(shù)設(shè)定38-41
• 3.1.1 FDS軟件模擬火災(zāi)的流程38-39
• 3.1.2 網(wǎng)格的設(shè)置39-40
• 3.1.3 火源的設(shè)定40-41
• 3.2 平面剛架倉庫的火災(zāi)溫度場數(shù)值模擬41-49
• 3.2.1 模型的建立42-44
• 3.2.2 火災(zāi)場景設(shè)置44
• 3.2.3 火災(zāi)溫度場模擬結(jié)果分析44-47
• 3.2.4 火源位置對溫度場的影響47-49
• 3.3 空間網(wǎng)架體育館的火災(zāi)溫度場數(shù)值模擬49-58
• 3.3.1 模型的建立50-52
• 3.3.2 火災(zāi)場景設(shè)置52
• 3.3.3 火災(zāi)發(fā)展過程以及溫度場分析52-57
• 3.3.4 著火點位置對溫度場的影響57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第4章 平面剛架結(jié)構(gòu)倉庫抗火性能分析59-75
• 4.1 建立平面剛架有限元模型59-60
• 4.1.1 單元選取59
• 4.1.2 模型參數(shù)59
• 4.1.3 材料屬性59-60
• 4.2 平面剛架熱分析60-65
• 4.2.1 空氣溫度場的確定60-61
• 4.2.2 構(gòu)件加載方式61-62
• 4.2.3 剛架溫度場分析62-65
• 4.3 平面剛架熱-結(jié)構(gòu)耦合分析65-70
• 4.3.1 加載方式及破壞準(zhǔn)則65-66
• 4.3.2 常溫荷載作用下結(jié)果66
• 4.3.3 火災(zāi)場景A下結(jié)果66-68
• 4.3.4 火災(zāi)場景B下結(jié)果68-70
• 4.4 有防火涂料平面剛架熱-結(jié)構(gòu)耦合分析70-74
• 4.4.1 防火涂料參數(shù)70
• 4.4.2 剛架升溫分析70-72
• 4.4.3 剛架抗火性能分析72-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 第5章 空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體育館抗火性能分析75-94
• 5.1 工程概況及火災(zāi)分析方法75-76
• 5.1.1 工程概況75-76
• 5.1.2 火災(zāi)分析方法76
• 5.2 建立網(wǎng)架有限元模型76-77
• 5.2.1 單元選取76
• 5.2.2 截面參數(shù)76-77
• 5.2.3 材料屬性77
• 5.2.4 加載方式77
• 5.3 火災(zāi)場景一網(wǎng)架構(gòu)件升溫計算77-79
• 5.3.1 空氣溫度場的確定77-78
• 5.3.2 裸鋼構(gòu)件的升溫78-79
• 5.4 火災(zāi)場景一網(wǎng)架整體抗火性能分析79-87
• 5.4.1 荷載效應(yīng)組合及破壞準(zhǔn)則的確定79
• 5.4.2 位移分析79-83
• 5.4.3 內(nèi)力分析83-87
• 5.5 不同火災(zāi)場景下網(wǎng)架抗火性能分析87-89
• 5.6 有防火涂料網(wǎng)架整體抗火性能分析89-93
• 5.6.1 防火涂料參數(shù)89-90
• 5.6.2 桿件升溫分析90-92
• 5.6.3 網(wǎng)架抗火性能分析92-93
• 5.7 本章小結(jié)93-94
• 結(jié)論94-96
• 參考文獻(xiàn)96-101
• 致謝101-102

，

本文編號：567811