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混凝土结构在火灾中的可靠度分析

黄素芬  
【摘要】:随着城市化进程的加快,火灾每年给人类带来的人身和财产损失逐年增加,近年来逐渐引起了人们的重视。建筑物是人类活动的主要场所,建筑物在火灾中的安全性直接关系到火灾造成损失的大小,保证建筑物在火灾中具有一定的可靠性是人们在建筑设计时需要考虑的问题。 火灾产生的高温一方面使建筑材料性能明显衰减,另一方面使建筑结构内力产生重分布,从而使结构在火灾下的可靠度大大降低。目前在进行结构抗火设计时,多是采用ISO834标准升温曲线,这是一条温度单调递增的曲线,未考虑可燃物分布、开口大小、烟气辐射等各种因素的影响,且假定房间内部所有位置的温度相同,因此采用统一的温升曲线会和实际的火场情况有很大的差异。另一方面,建筑结构在火灾下产生内力重分布,其力学行为与常温下的有很大差别,按照常规方法设计的建筑其安全性不能保证。在进行火灾下建筑结构的可靠性分析时,一般没有显式的极限状态方程,采用直接蒙特卡罗模拟可以解决此问题,但是却需要巨大的计算量。 针对以上问题,本文在均匀实验和数值模拟的基础上,采用基于响应面的蒙特卡罗模拟方法。首先采用火灾动力学模拟软件FDS计算更能反映实际火场情况的温度场,获得结构温度场分布后,运用有限元分析软件ANSYS和由钢筋混凝土材料力学试验得出的数值分析方法分别计算火灾下结构的内力和剩余承载力,最后采用基于响应面的蒙特卡罗方法,分析结构承重构件在高温下的可靠性。采用均匀实验设计方法可以在模拟试验次数较少的情况下获得较大范围的试验输出结果。 本文通过对一钢筋混凝土结构算例的可靠度计算,验证了上述方法的可行性,结果表明,在计算量显著减少的情况下,可较快的获得结构的可靠度指标。


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