火災(zāi)高溫作用下鋼框架結(jié)構(gòu)倒塌行為研究.pdf

1、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)帶來的危害，減少鋼結(jié)構(gòu)倒塌和失效帶來的人員和財(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

2、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：
　?。?）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

3、）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；
　?。?）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MATLAB編程予以實(shí)現(xiàn)。通過對(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

4、限元的分析結(jié)果進(jìn)行比較，互為驗(yàn)證；
　　（3）基于 APM，通過時(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；
　?。?）通過對(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