鋼框架結(jié)構(gòu)抗火反應(yīng)研究.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)形式相比，有著強度高、自重輕、空間大、靈活性好等明顯的優(yōu)勢，因此廣泛地應(yīng)用于各種基礎(chǔ)的建設(shè)。但相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)等耐火結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能極差，其材料特性在火災(zāi)環(huán)境下，隨著溫度的升高而迅速降低。這種致命的缺陷大大影響了鋼結(jié)構(gòu)使用的安全性，在很大程度上阻礙了鋼結(jié)構(gòu)在實際工程中進一步的推廣應(yīng)用。對鋼結(jié)構(gòu)進行抗火設(shè)計就是為了加強鋼結(jié)構(gòu)的使用安全性，提高鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)環(huán)境下的耐火時間。 本文對國內(nèi)外一些已有的

2、研究成果進行了整理，對火災(zāi)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(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的材性(屈服強度、彈性模量)計算模式。 在查閱了大量的科研論文和借鑒他人，特別是李國強等人的研究成果的基礎(chǔ)上，本文進行了完整系統(tǒng)的平面鋼框架的整體抗火反應(yīng)的有限元增量分析方法的推導(dǎo)。利用廣義Clough模型作為單元的計算模型，建立了高溫下平面鋼框架的整體反應(yīng)有限元增量分析方法和步驟。 本文采用材料非線性和幾何非線性的有限元雙重非線性

3、方法進行分析。以IS0-834標(biāo)準(zhǔn)溫度一時間關(guān)系曲線模擬火災(zāi)，采用大型有限元分析軟件ANSYS中的三維熱力耦合單元進行溫度計算和力學(xué)分析。對三層三跨的鋼框架整體結(jié)構(gòu)進行抗火反應(yīng)分析，假定火災(zāi)發(fā)生在不同層不同跨的房間分別進行計算，得到各種情況的耐火時間和臨界溫度。為了進行整體結(jié)構(gòu)和單個構(gòu)件抗火反應(yīng)的對比，還采用同樣的方法對單根梁進行了計算。 分析結(jié)果表明：無防火保護鋼框架整體結(jié)構(gòu)的抗火性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單個構(gòu)件的抗火性能：對于多高層鋼

4、框架結(jié)構(gòu)，火災(zāi)發(fā)生在框架底層房間和中跨房間對整體結(jié)構(gòu)更為不利，實際中應(yīng)加強防火保護，如果火災(zāi)發(fā)生在頂層或邊跨房間，只會對該房間或臨近房間影響較大，而對整體結(jié)構(gòu)的影響不大，可適當(dāng)減少防火保護：框架中柱的強度和尺寸對提高整體結(jié)構(gòu)的抗火性能起著至關(guān)重要的作用，應(yīng)作為防火保護的重點，如果采用鋼管混凝土、鋼骨混凝土柱等結(jié)構(gòu)形式，更會提高整體結(jié)構(gòu)的抗火性能，而梁的強度提高和尺寸加大對結(jié)構(gòu)的抗火性能提高不大，可適當(dāng)減少防火保護。通過對鋼框架結(jié)構(gòu)的抗火