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《大连理工大学》 2002年
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钢筋混凝土结构火灾反应数值模拟及软件开发

刘永军  
【摘要】: 建筑火灾引起的高温对梁、柱、板、墙等建筑构件的强度和变形有明显的影响。由于火灾试验设备以及火灾试验本身极其昂贵,在一定试验数据的基础上,开发计算机软件用来模拟建筑构件及结构在火灾中的反应变得越来越重要。另外,随着火灾科学与技术的发展,西方发达国家逐步采用性能化的防火设计方法,这种转变使计算机软件成为一种主要的设计和分析工具,离开计算机软件来分析大量建筑构件在各种不同的约束、荷载、火灾条件下的反应是不现实的。 本文主要工作包括两大部分。第一部分是建立钢筋混凝土结构火灾反应非线性分析有限元模型;第二部分是开发模拟钢筋混凝土结构火灾反应的计算机软件。具体研究内容如下: (1)推导了火灾中钢筋混凝土构件内温度场随时间变化的计算公式,建立了热反应分析模型,合理简化了温度场的火边界条件。开发了温度分析单元,考虑了混凝土和钢筋的热工性能随温度的变化。对影响温度场的参数进行了研究,得到了一些新的结论。 (2)根据Ottosen提出的建立常温下混凝土本构模型的思想,建立了混凝土在高温、双轴应力状态下的正交异性非线性弹性本构模型,考虑了混凝土的开裂、压碎等的影响。开发了分层的平面应力单元及杆单元,用于模拟钢筋混凝土结构中的混凝土及钢筋。 (3)发展了过镇海提出的混凝土在常温下的三维本构模型,建立了混凝土在高温、三轴应力状态下的正交异性非线性弹性本构模型,对钢筋混凝土构件在火灾中反应的三维非线性有限元分析方法进行了探索。 (4)系统研究了有限元数据场的可视化技术,提出了一种画有限元数据场彩色云图的新方法—扫描母元法。这种方法的特点是简单易懂,结果准确,计算量小,易于实现。 (5)开发了非线性有限元分析软件STRUFIRE,用于计算火灾过程中各时刻构件内的温度以及结构的位移、内力等。友好的用户界面以及图形化的前后处理器使STRUFIRE易于使用。用试验数据对STRUFIRE的计算结果进行了验证,结果表明STRUFIRE具有较高的精度。 对钢筋混凝土结构在火灾中的反应进行数值模拟及软件开发,涉及到很多学科, 包括燃烧学、传热学、工程力学、材料科学、工程数学、有限元技术、软件工程学。 计算机图形学等,因此,要想把STRUFIRE开发成面向工程实际的结构抗大分析及 设计软件,还有大量艰苦工作要做。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TU375

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 刘兴远,林文修,张琦彬,邓安福;挑梁下纵横墙墙体荷载分布规律的ANSYS分析[J];四川建筑科学研究;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 常丽娟;刘浩宇;田歌;;基于推进波前法和Delaunay三角法相结合的网格划分方法的研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
5 潘云锋;郑愚;于国友;;对FRP筋混凝土桥梁面板承载力性能的非线性有限元分析[A];2011复合材料桥梁技术研讨会论文集[C];2011年
6 张洁龙;张雄;;火灾建筑物混凝土损伤鉴定方法与原理[A];2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C];2011年
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8 施剑炯;;钢管混凝土结构在高层建筑的应用——浅谈中福城二期项目[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
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10 刘衍平;张刘斗;;电子设备机柜结构的模态分析[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 朱昌宏;带约束拉杆方形和矩形截面钢管混凝土短柱承载力与延性[D];华南理工大学;2010年
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10 华岗;地震体数据可视化与分析研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯波涛;钢管混凝土轴压短柱的承载力研究[D];河南理工大学;2010年
2 孙威;Φ800mm通光口径纹影系统结构分析与设计[D];中国工程物理研究院;2010年
3 杨凤莲;配置加强箍筋混凝土短柱力学性能试验研究[D];山东科技大学;2010年
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6 金耀;虚拟服装网格模型切割及参数化算法研究[D];浙江理工大学;2010年
7 郭炜杰;基于分形的花式线及其织物外观效果模拟的研究[D];浙江理工大学;2010年
8 包金哲;煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究[D];浙江理工大学;2010年
9 黄晓战;纤维矿渣微粉混凝土高温损伤机理与力学性能研究[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱伯龙,陆洲导,胡克旭;高温(火灾)下混凝土与钢筋的本构关系[J];四川建筑科学研究;1990年01期
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7 熊向军;钢筋砼结构抗火性能研究现状与展望[J];四川建筑科学研究;1999年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 杨菊芬;钢筋混凝土结构构件防火设计与计算[D];西安科技学院;2002年
【二级引证文献】
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4 杨彦海;高建岭;白玉星;;辽宁华锦乙烯改扩建工程聚合物仓库性能化防火设计[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
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6 姚浩伟;梁栋;胡志俭;李志山;;高层建筑楼梯间烟气控制的FDS应用研究[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
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8 牛志国;李同春;石现春;高勇;;人工地震波的最小二乘校正[A];首届全国水工抗震防灾学术会议论文集[C];2006年
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10 杨彦海;高建岭;白玉星;王晓纯;;石化企业钢结构聚合物仓库性能化防火设计[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2009年
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1 刘卫东;改性聚丙烯纤维混凝土的工程性能研究[D];东华大学;2010年
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3 王琼;跨断层隧道地震反应分析[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
4 贾彬;混凝土高温静动力学特性研究[D];重庆大学;2011年
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6 朱大雷;火灾下钢筋混凝土结构热弹塑性分析[D];哈尔滨工程大学;2011年
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9 贺向丽;高混凝土坝抗震分析中远域能量逸散时域模拟方法研究[D];河海大学;2006年
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【二级参考文献】
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4 吴波,马忠诚,欧进萍;火灾后钢筋混凝土压弯构件的抗震性能研究[J];地震工程与工程振动;1994年04期
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【相似文献】
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1 范宏;赵铁军;;青岛市混凝土结构破坏原因与防护技术[A];沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法科技论坛与全国第六届混凝土耐久性学术交流会论文集[C];2004年
2 韩涛;安雪晖;;非线性有限元分析在钢筋混凝土结构生命周期设计中的应用[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2004年
3 黄鹏飞;姚燕;包亦望;;钢筋混凝土结构服役性能在线评价与无损检测现状与展望[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
4 任厚珉;张振邦;敖曼;公明元;;电阻探针法检测混凝土中钢筋腐蚀的研究[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年
5 惠云玲;郭小华;郝挺宇;周神为;;锈损钢筋混凝土结构阻锈试验研究[A];沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法科技论坛与全国第六届混凝土耐久性学术交流会论文集[C];2004年
6 刘永军;;钢筋混凝土结构火灾反应数值模拟软件STRUFIRE[A];计算机技术在工程建设中的应用——第十二届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C];2004年
7 邓伟;刘君平;;钢筋水泥结构电子汽车衡[A];称重科技暨第五届称重技术研讨会论文集[C];2005年
8 李鹏;;钢筋混凝土的探地雷达法检测[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2004年
9 吴洪词;包太;陈华兴;;钢筋混凝土结构体系的模态遗传辩识[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
10 刘芸欣;虞颜;;钢筋混凝土连续曲线箱梁受力与裂缝机理研究[A];第十六届全国桥梁学术会议论文集(上册)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;住宅结构有哪些形式?[N];楚雄日报(汉);2005年
2 高建兴 杨国民 奕卫东;大体积混凝土结构无缝施工技术应用探讨[N];中国建设报;2005年
3 本报记者 李佳;奥运商机现真容[N];中华建筑报;2005年
4 记者 刘志强;一项设计节省投资三百万[N];科技日报;2005年
5 本报驻广东记者 张红;“营养过剩”诱使混凝土结构早期开裂[N];中国建材报;2004年
6 恒川 永顺;钢结构建筑即将高速发展[N];广东建设报;2004年
7 本报福建报道组;“第一县”里说品牌[N];中国财经报;2005年
8 陈桂萍;浅谈钢骨混凝土结构[N];中国建材报;2005年
9 唐平;我国农村居民生活质量明显提升[N];中国信息报;2005年
10 小徐;科学选择楼层[N];吉林日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘永军;钢筋混凝土结构火灾反应数值模拟及软件开发[D];大连理工大学;2002年
2 赵尚传;钢筋混凝土结构基于可靠度的耐久性评估与试验研究[D];大连理工大学;2002年
3 张苑竹;混凝土结构耐久性检测、评定及优化设计方法[D];浙江大学;2003年
4 吴瑾;海洋环境下钢筋混凝土结构锈裂损伤评估研究[D];河海大学;2003年
5 史庆轩;钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D];西安建筑科技大学;2002年
6 黄弘读;采用虚拟层合单元法分析钢筋混凝土结构的极限承载能力[D];浙江大学;2001年
7 黄吉峰;钢筋混凝土结构非线性有限元分析及有限单元构造方法的研究[D];中国建筑科学研究院;2001年
8 王文炜;纤维复合材料加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究[D];大连理工大学;2003年
9 李应斌;钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究[D];西安建筑科技大学;2004年
10 陈礼刚;钢筋混凝土板受火性能的试验研究[D];西安建筑科技大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁志芬;钢筋混凝土结构非线性有限元分析[D];西北农林科技大学;2001年
2 陈磊;基于ANSYS的钢筋混凝土结构试验有限元分析[D];西安理工大学;2004年
3 刘敏;粘钢加固钢筋混凝土结构的有限元分析[D];重庆大学;2003年
4 纪卫红;碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术研究[D];大连理工大学;2000年
5 美齐德;某烧结厂房结构性能分析与加固[D];西安建筑科技大学;2003年
6 刘光焰;钢筋混凝土结构的健康诊断和加固技术的研究[D];广西大学;2003年
7 朱凯;钢筋混凝土结构耐久性基础研究[D];辽宁工程技术大学;2002年
8 李博宁;面向对象的钢筋混凝土结构非线性有限元分析[D];大连理工大学;2003年
9 袁浩;钢筋混凝土结构加固设计优化研究[D];湖南大学;2001年
10 刘海祥;外贴钢板及碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面试验与数值分析[D];南京水利科学研究院;2002年
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