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浅谈钢结构抗火计算方法.doc

浅谈钢结构抗火计算方法

Nancy利娟
2017-10-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《浅谈钢结构抗火计算方法doc》,可适用于综合领域

浅谈钢结构抗火计算方法浅谈钢结构抗火计算方法第卷第期年月山西建筑SHANXIARCHITF兀瓜EViNOApr文章编号:()浅谈钢结构抗火计算方法周莹辉刘畅王宇摘要:对钢结构抗火设计的意义,建筑室内火灾的发展与温度变化进行了介绍,主要对钢结构在火灾条件下反应分析的有限元方法及其研究成果进行综述,并且指出了钢结构高温设计分析的发展方向关键词:钢结构,抗火,有限元分析法中图分类号:T【J文献标识码:A钢材由于其强度高,延性好,自重轻,施工周期短等优点在建后,提出了一种室内火灾全盛期升温过程的计算模型这种模型筑结构中得到广泛采用同时,钢材是属于再利用的材料,从环形式简单,使用时基本不需要计算机,而且概念明确,反映了各主钢结构具有钢筋混凝土结构不可比拟的优势但要因素对室内空气保的角度来看,升温的影响,通过与试验所得的升温曲线的对是众所周知,抗火性能差是钢结构的一个致命弱点由于钢材的比,验证其具有较好的精度,适合工程设计人员使用导热系数远大于钢筋混凝土的导热系数(约为钢筋混凝土的O)美国土木工程师协会(AE)编制的结构防火手册也介绍倍),以及钢材力学性能在高温下特有的一些变化等原因,火灾对了一种经验模拟方法,该方法通过对大量的试验数据进行统计分钢结构的威胁远大于钢筋昆凝土结构…因此,其建筑防火,结析,并利用热力学理论方法结合参数分析,提出了另一个确定建构抗火设计问题应予以格外重视筑室内火灾空气升温过程的经验公式此模型考虑了房间壁面结构抗火设计的目的非常明确,即要求结构有一定的耐火时对室内火灾空气升温过程的影响,能较好地反映室内火灾的升温问,在规范规定的时间内不至于丧失整体稳定或倒塌,以便于居过程住人员及时逃离现场及消防活动的顺利进行,同时也为了减轻结)欧洲规范EUROCODE也给出了一个建筑室内火灾升温构在火灾中的损害,减少结构火灾后的修复费用,缩短灾后结构经验公式,其降温段实际上与ISO标准升温曲线的降温段相功能恢复周期,减少间接经济损失目前,英国,瑞典,美国,日似本,澳大利亚等国家所编制的钢结构抗火设计规范中均规定了进标准升温曲线我国近年来也开始广泛展开有关方面我国采用的最多的行结构抗火计算的内容是国际标准组织制订的ISO标准升温的研究工作,到目前为止也取得了一定的成果曲线(见图),其表达式如下:火灾模型及标准升温曲线TTo=g(t)室内火灾发展模型式中:f试验所经历的时间,min建筑室内火灾的发展是一个复杂的过程,从定性的角度看可T对应t时刻的炉内平均温度,以分为个阶段,即初期增长阶段,全盛阶段以及衰退阶段为丁试验开始时的炉内温度,,一般取为O了对火灾过程进行定量的描述,有必要对火灾发展过程进行分钢结构抗火分析方法析,建立火灾发展的数学模型经验模拟的火灾模型有:火作用下钢框架结构的分析,包括两个方面:一是因杆件升)哈尔滨建筑大学的马忠诚博士通过对二十世纪七,八十年温而产生温度内力与温度变形二是因高温杆件的弹性模量由E代国际上进行的几次比较大的火灾试验所得数据进行统计分析降至ET,导致高温杆件的刚度降低而使结构产生内力重分布和混凝土养护期后,还应好好保管混凝土成品』)对已浇筑的混凝土楼板,强度未达到规范规定前,严禁在其上加载,堆放材料或其他重物安装,拆除大模板时不得撞击楼板混凝土拆下的模板及周围材料要及时转运,避免混凝土结构过早受振动或承受施工荷载而产生裂缝综上所述,现浇板裂缝的产生原因及预防措施应是多方面的,只要从设计,商品混凝土和现场施工管理等方面,做到严格控制和规范施工,就一定能够把现浇板的宏观裂缝宽度控制在规范以下参考文献:i彭圣洁建筑工程质量通病防治手册M北京:建筑工业出版社AnalysisoncausesofcracksofcastinplaceplateanditstreatmentMAWenxiaAbstract:Itinducestx~itionofcracksofcastinplaceplate,analyzesitscausesfromdesign~commodityconcreteandconstruction,andputsforwardpreventionmeasurestoimprovedurabilityofroofKeywords:eastinplaceplate,CIXScrack,splitjoint收稿日期:作者简介:周莹辉(一),女,沈阳建筑大学固体力学专业硕士研究生,辽宁沈阳刘畅(一),男,助工,沈阳建筑大学,辽宁沈阳王宇(一),男,助工,沈阳建筑大学,辽宁沈阳,)第卷智西建筑IL年月R变位增大因此,火作用下的钢框架结构分析,包括两个部分:一部分是温度内力分析,另一部分是外荷载作用下的内力重分析后一部分的分析,可先将高温杆件的弹性模量由E改为ET,降低其刚度,然后采用有限元法或分层计算法进行分析l睾hotmin圈ISO~标准升温曲线整体结构层次上的承载能力极限状态分析的难度很大,比较大型或者精确的结构反应分析需要用计算机程序来完成对于一般的火灾反应,需要用有限元法对结构进行高温下的结构反应分析用有限元方法对钢框架结构在火灾条件下的性能进行计算分析,可以得出结构在高温下的变形历史以及在火灾下的非线性响应,并且能够考虑各种因素对结构抗火性能的影响文献提出的对火作用下钢框架结构的温度内力分析时,若是火作用在少许个别层的情况,采用三方程法如果火作用在较多的层时,建议采用现有分析PK软件进行电算三方程法在建立计算模型时,计算应模拟火灾发生的实际情况,即哪一层有火作用就分析哪一层或哪一开问有火作用就分析哪一开问从设计角度,框架结构的杆件较多,可选取某些最不利的杆件进行耐火设计,不需对整个框架进行分析文献介绍了火灾下钢框架结构反应的一种有限元分析方法假定空气温度为空间和时间的相关函数,温度沿构件纵向均匀分布,沿构件横向线性变化,屈服面随温度升高而缩小运用有限元法分析了不同火曲线下的简支钢梁,两端转角约束钢柱,半一刚性门式框架和多层框架,给出了框架的破坏形态,得到柱子对结构高温破坏有决定作用等结论对多层半一刚性框架的火灾水平蔓延的研究发现火蔓延对受火跨梁的变形影响较大文献提出了用一种改进的模型用于真实火灾下结构的性能分析方法其主要特点是用非线性有限元模拟构件,反映结构整体非线性的影响对真实火灾采用两种火灾模型(多区域火灾模型和热辐射火灾模型)进行模拟,对瞬间热传导采用有限元法进行了计算对承受局部火灾的半连续框架,多高层及大跨拱形桁架采用了基于性能的分析方法针对大跨网壳结构,采用高等火灾分析研究不对称受热和初始整体结构缺陷的影响文献中提出了一种分析高温下的钢框架非线性反应的直接迭代法这种方法考虑了大变形的二阶效应,材料随温度升高逐渐软化的特性,沿构件截面和长度方向非弹性区逐渐扩展,构件内温度不均匀分布等因素在推导基本有限元方程时,采用了割线刚度矩阵此方法与NewtonRaphson法相比,可以计算特定荷载标准和温度分布的结构总体反应根据所提出的理论,编制了有限元分析程序NASFAF,与已完成的钢框架试验实例比较,吻合较好文献基于结构温度内力和钢框架非线性静力反应分析,提出了一种钢框架结构抗火极限状态的实用分析方法,可直接用于以整体结构可靠度为目标的钢框架结构抗火设计基于广义Clough模型,建立单元高温下的弹塑性增量刚度矩阵将温度升高时热膨胀产生的温度内力的分析,转化为结构在单元节点处受作用力的内力分析问题,采用增量分析法该方法能够较真实地模拟结构的实际升温过程,而且计算工作量不大适合各种规模平面钢框架的抗火计算和设计文献通过模拟预测实际火灾特性和结构的非线性有限元分析,求得直到倒塌时的结构抗火全过程响应,并确定结构的临界温度状态和整体结构的抗火时间极限文章中对火的分析采用IS标准温度一时间关系曲线来模拟燃烧炉试验,结构的火反应分析采用整体结构双重非线性有限元分析方法根据修正的拉格朗日空间描述法和虚功原理,建立结构内力和位移的增量平衡方程,程序分析同时考虑几何非线性和材料非线性问题,在每次迭代计算时用修正后的弹性模量来代替原来的弹性模量,同时要修正单元坐标系,应用NewtonRaphson方法求解非线性方程组结语钢结构抗火研究已经取得一定的成果,但是仍有许多需要解决的问题由于对钢结构或钢构件的抗火性能进行试验非常复杂而且昂贵,因此,在一定的试验数据基础上开发数值模拟软件,对钢结构在火灾中的反应进行数值模拟,也具有重要的意义,它是性能化防火设计的关键所在参考文献:赵金诚钢结构抗火性能研究中的若干问题J工程力学,(sup):李国强,蒋首超,林桂祥钢结构抗火计算与设计M北京:中国建筑工业出版社,刘开国火作用下钢框架结构的分析J钢结构,oo,():RichardLiewJY,TangLK,ToreHolmaas,etaAdvancedanalysisfortheassessmentofsteelframesinfireJJournalofConstructionalSteelResearch,,():tJYRichardLiew火灾下钢结构的性能与高等分析J建筑钢结构进展,,():ZhaoJinchengAapplicationofthedirectiterationmethodfornonlinearanalysisofsteelframesinfireJJFireSafetyJournal,,():李国强,金福安火灾时钢框架结构的极限状态分析J土木工程,,():杨乃勰,徐国彬,高日,等空间网格结构抗火反应非线性有限元分析J北方交通大学,,():,ThesummarizingofcalculatingmethodnthefireresistanceofsteelstructuresZHOUYinghuiLIUChangWANGYuAbstract:Introducethesignificanceonfireresistancedesignofthesteestructure,andintheroomthefiredevelopmentandthetemperaturechange,mainlysummarizethefiniteelementmethodonrespondingofthesteestructureunderthefireconditionanditsresearchingachievementandpointoutthedevelopingdirectiononthefireresistancedesignanalysisofthesteelstructureKeywords:steelstructure,fireresistance,finiteelementanalyticamethod

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