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方钢管混凝土火灾条件下温度场和温度应力研究

赵永梅  
【摘要】:火灾是各种灾害中发生最频繁且极具毁灭性的灾害之一,其造成的直接经济损失仅次于干早和洪涝,而其发生的频度位居各种灾害之首。特别是近年来,由于建筑物高层化、大规模化及用途的复合化,火灾发生的因素也随之增加,火灾规模也日趋扩大,建筑防火作为建筑防灾的一个分支,越来越引起人们的重视,寻求抗火能力强的新型房屋结构日趋重要。 钢管混凝土结构是介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的一种新型结构。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互制约,弥补两种材料各自的缺点,充分发挥二者的优点。使这种结构不仅具备优越的力学特性,也具有较好的耐火性能。 钢管混凝土构件在高温(火灾)作用下,承载能力随温度的升高而下降。本文针对方钢管混凝土火灾作用下力学性能和温度应力进行了理论分析。具体进行了以下几个方面的工作: (1)系统地总结了国内外有关钢材和混凝土的热工性能和力学性能的研究成果,在此基础上,确定了适合的钢材和混凝土在高温下的热工性能指标和力学性能指标,确定了组成方钢管混凝土的钢材和核心混凝土的力-热本构关系模型,模型考虑了组成方钢管混凝土的钢管和核心混凝土之间的相互作用。 (2)建立求解方钢管混凝土温度场有限元模型,模型理论分析结果与试验结果符合较好。首先用热分析的间接法模拟出方钢管混凝土柱随外界温度发生变化的温度场,并把温度场作为一个体荷载重新加载到结构上,进行结构分析,模拟得出不同温度下温度应力、应变、位移等矢量图、云图以及它们在火灾中的变化规律和受火特性。 (3)确定了方钢管混凝土柱耐火性能的理论分析模型,对方钢管混凝土柱耐火极限以及影响方钢管混凝土柱耐火极限的参数进行了分析。 本文应用有限元程序ANSYS模拟了在四面均匀火灾下三维钢管混凝土柱温度场,并进一步通过结构分析得到了方钢管混凝土温度应力、应变、位移的变化,为进一步利用ANSYS深入认识方钢管混凝土柱在高温下的力学性能和耐火极限创造了一定条件。


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