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火灾作用后钢筋混凝土框架柱抗震性能计算机仿真分析

作　者: 李开江
导　师: 王泽军；贺志坚
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 火灾温度场热-结构耦合分析钢筋混凝土框架柱抗震性能
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

建筑火灾发生的频率很高，严重威胁着人的生命和财产。近年来，大量底层框架结构的商业用房，挤满了城市的大街小巷，此类建筑物的商场火灾发生次数多，危害相当巨大，受到各方面的广泛关注。本文总结了钢筋和混凝土材料的热工性能和高温力学性能，对温度场数值分析理论以及钢筋混凝土非线性有限元分析理论进行了详尽的阐述，并设计了钢筋混凝土框架柱火灾作用的数值试验模型。对ANSYS有限元软件热-结构耦合数值分析原理进行了论述，并用已有的试验结果对ANSYS热-结构耦合分析的可靠性进行了验证。利用ANSYS热-结构耦合分析功能分析了四面受火钢筋混凝土框架柱温度场以及火灾后的抗震性能，考察了截面尺寸和配箍率对构件温度场的影响，以及不同截面尺寸、不同配箍率和不同轴压比等对火灾后钢筋混凝土框架柱抗震性能的影响。探讨了底层框架柱火灾后抗震承载力的估算方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 火灾与建筑结构  8-10
    1.1.1 火灾的危害  8-9
    1.1.2 建筑结构火灾的对策  9-10
  1.2 国内外研究发展动态  10-14
    1.2.1 研究概况  10-12
    1.2.2 建筑火灾温度发展过程研究进展  12-13
    1.2.3 建筑构件内温度场研究进展  13
    1.2.4 建筑材料高温性能的研究进展  13-14
  1.3 本文的研究内容  14-16
    1.3.1 课题研究意义  14
    1.3.2 本文的研究工作  14-16
2 钢筋混凝土构件温度场数值分析理论  16-35
  2.1 升温曲线  16-19
    2.1.1 室内火灾温度发展过程  16
    2.1.2 室内气体温度-时间曲线经验模型  16-19
    2.1.3 国际标准火灾升温曲线  19
  2.2 混凝土的热工性能  19-22
    2.2.1 混凝土的热传导系数  20-21
    2.2.2 混凝土的质量热容或(比热)  21
    2.2.3 混凝土的质量密度  21
    2.2.4 混凝土的线膨胀系数  21-22
  2.3 钢筋的热工性能  22-23
  2.4 热传导方程  23-26
    2.4.1 基本假定  23
    2.4.2 热传导方程的建立  23-25
    2.4.3 初始条件和边界条件  25-26
  2.5 钢筋混凝土温度场数值计算  26-34
    2.5.1 差分法  26-28
    2.5.2 有限元法—差分混合分析法  28-34
  2.6 本章小结  34-35
3 钢筋与混凝土材料高温力学性能及数值模型设计  35-46
  3.1 混凝土高温力学性能  35-40
    3.1.1 高温下混凝土的强度  35-36
    3.1.2 高温后混凝土的抗压强度  36-37
    3.1.3 高温混凝土的抗拉强度  37
    3.1.4 高温下混凝土的弹性模量  37-38
    3.1.5 高温后混凝土的弹性模量  38-39
    3.1.6 高温下及高温后混凝土的应力-应变关系  39-40
    3.1.7 高温后混凝土的泊松比  40
  3.2 钢筋高温力学性能  40-42
    3.2.1 高温下钢筋的强度  40-41
    3.2.2 高温后钢筋的强度  41
    3.2.3 高温下钢筋的弹性模量  41-42
    3.2.4 高温下与高温后钢筋的应力-应变关系  42
  3.3 高温下与高温后钢筋和混凝土的粘结滑移  42-43
  3.4 四面受火后钢筋混凝土框架柱抗震性能数值试验模型设计  43-45
    3.4.1 模型试验设计的理论基础  43-44
    3.4.2 数值试验模型试件设计  44-45
    3.4.3 试件设计图  45
    3.4.4 试件加载机制  45
  3.5 本章小结  45-46
4 钢筋混凝土有限元分析理论与ANSYS热-结构耦合分析可行性验证  46-64
  4.1 钢筋混凝土非线性有限元分析理论的主要问题  46-50
    4.1.1 钢筋混凝土材料本构关系  46-47
    4.1.2 钢筋混凝土有限元模型的选取与计算问题  47-49
    4.1.3 混凝土有限元中的裂缝处理问题  49-50
  4.2 ANSYS程序进行钢筋混凝土热-结构耦合分析理论  50-56
    4.2.1 热-结构耦合分析基本原理  50-51
    4.2.2 钢筋混凝土有限元热-结构耦合分析的单元类型  51-54
    4.2.3 ANSYS程序中混凝土材料的破坏准则与材料属性定义  54-56
  4.3 ANASYS进行钢筋混凝土热-结构耦合分析可行性验证  56-63
    4.3.1 热分析  56-60
    4.3.2 结构分析  60-63
  4.4 本章小结  63-64
5 火灾后钢筋混凝土框架柱有限元数值分析  64-82
  5.1 火灾后钢筋混凝土柱有限元数值计算  64-68
    5.1.1 升温曲线  64
    5.1.2 单元类型  64
    5.1.3 材料属性  64-67
    5.1.4 试件有限元模型及温度场计算  67
    5.1.5 试件结构计算  67-68
  5.2 试件热-结构耦合有限元数值计算结果分析  68-79
    5.2.1 温度场计算结果分析  68-71
    5.2.2 结构计算分析  71-79
  5.3 底部框架结构(或多层框架结构)底层火灾后抗震估算  79-80
  5.4 本章小结  80-82
6 结论及有待继续研究解决的问题  82-84
  6.1 结论  82
  6.2 需要继续研究解决的问题  82-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
附录  88

火灾作用后钢筋混凝土框架柱抗震性能计算机仿真分析

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