鋼結構抗火分析及其專家系統(tǒng)（ESSFF）編制.pdf

1、目前,鋼結構抗火性能是國內(nèi)外學者研究的一個熱點課題.眾所周知,鋼結構的抗火性能較差,在火災作用下很快便喪失承載能力.鋼結構目前的抗火設計方法是以給定荷載下試件通過耐火試驗測得的耐火時間為依據(jù)進行的.這種方法常常不能反應結構的實際情況,且缺乏一定的理論依據(jù).該文主要目的是對鋼結構抗火設計進行一個整體的分析,開發(fā)出一套適用于鋼結構抗火設計的專家系統(tǒng)(ESSFF),并且,通過對比分析,得出一些關于鋼結構抗火設計的結論和建議.全文分為三大部分:

2、(1)過火前鋼結構抗火設計的研究;(2)過火后鋼結構剩余承載力和加固修復設計的研究;(3)鋼結構抗火專家系統(tǒng)(ESSFF)的開發(fā).該文在對國內(nèi)外一些已有的研究成果進行對比分析之后,提出了火災時的溫度場確定方法和構件升溫模式,給出了相應的計算流程.同時,對火災高溫下鋼材的性能進行了一定的對比分析,得出適用于鋼結構抗火設計的材性(屈服強度、彈性模量)計算模式,對過火冷卻后鋼材的性能也進行了分析研究.為了能夠?qū)︿摻Y構抗火設計進行全面的分析,該

3、文以鋼框架為例,進行了非線性有限元程序編制.在程序編制過程中,考慮了幾何非線性和材料非線性.采用廣義的Clough模型,建立了高溫下的單元切線剛度矩陣和剛度方程;基于Newton-Raphson迭代法,給出了非線性有限元方程的求解過程.基于該方法,作者獨立地編制了非線性有限元程序(PSFAF),并通過若干算例對該程序的準確性進行了驗證.通過該程序,不僅可以計算出鋼框架在火災高溫作用的某一時刻結構內(nèi)各單元的內(nèi)力及位移.同時,還可以判斷出鋼

4、框架的抗火極限狀態(tài),并給出極限溫度.對過火后鋼結構,該文提出了幾種火災現(xiàn)場勘察鑒定方法.結合鋼結構設計原理,作者創(chuàng)新地給出了鋼結構整體和構件過火后的剩余承載力計算.同時,給出了適用于過火后鋼結構整體剩余承載力計算的三種高精度單元:(1)軸力桿單元;(2)直梁單元;(3)曲梁單元,以及適用于軸心受壓、受彎、壓彎這三種鋼構件過火后剩余承載力的計算公式.最后得出過火后鋼結構的損傷等級評估和加固修復設計的建議與措施.在過火前鋼結構抗火和過火后鋼

5、結構加固修復分析的基礎之上,作者首次利用面向?qū)ο笫礁呒壵Z言Visual Basic開發(fā)了一套鋼結構抗火專家系統(tǒng).該系統(tǒng)包含了從火災時溫度場推斷到過火后鋼結構加固修復設計等內(nèi)容,是一套比較全面的通用程序,具有良好的兼容性和開放性.隨著研究工作的深入,該專家系統(tǒng)將逐步地被廣大用戶接受和應用.最后,通過對鋼結構抗火的全面研究,該文給出一些鋼結構抗火設計的結論和建議.并且,作者首次建議中國的鋼結構抗火設計方法應加快由過去的"被動抗火"設計方法向