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热—力耦合作用下钢构件与门式刚架的稳定性能研究

作　者: 韦新刚
导　师: 孙强
学　校: 安徽建筑工业学院
专　业: 结构工程
关键词: 钢构件 抗火设计 门式刚架 剩余承载力 安全评估
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 28次
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内容摘要


钢结构的发展与日俱增,钢结构具有强度高、自重轻、抗震性好、施工速度快等一系列优点,但耐火性能差是钢结构的一个致命弱点,钢材强度、弹性模量等基本力学性能指标在高温下急剧下降,一旦发生火灾,钢结构建筑就有可能发生严重破坏,甚至过早地整体倒塌,造成巨大的经济损失和人员伤亡。目前钢结构抗火设计主要有两种方法,一种方法是基于试验的抗火设计方法；另一种就是基于计算的抗火设计方法。由于基于试验的抗火设计方法不但价格昂贵而且还很难模拟构件在整体结构中的荷载分布和大小、端部约束等情况,通过计算来确定钢结构的抗火极限承载力,可以更加合理地确定钢结构的防火保护措施,所以,对基于计算的抗火设计研究,具有更加重要的意义。本文在综合国内外钢结构抗火性能研究的基础上,根据传热学及有限元基本理论,采用有限元分析软件ANSYS,对钢构件在热-力耦合作用下的静力特性进行了研究,其中包括钢柱和斜梁横向位移的研究以及剩余承载力的计算。本文还对门式刚架灾后的安全评估方法和程序进行了初步的研究。经过理论分析,对钢结构火灾荷载密度进行统计分析,由评估分析法推算出灾后损失情况,并提供火灾达到的最大温度、构件剩余承载力及燃烧持续时间等参数,以期达到既不盲目加固,又能保障居住和使用安全的目的,促进房屋的有效利用。通过对钢构件以及门式刚架的抗火研究,希望能为今后的钢结构抗火设计与研究提供一些参考。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
Contents  9-10
插图清单  10-12
附表清单  12-13
第一章 绪论  13-19
  1.1 问题的提出  13-14
  1.2 本课题研究目的及意义  14-16
  1.3 本课题研究主要内容及方法  16-19
    1.3.1 主要内容  16
    1.3.2 主要方法  16-19
第二章 高温(火灾)环境下结构钢的材料特性  19-25
  2.1 高温下结构钢的力学特性  19-21
  2.2 高温下钢材的物理特性  21-25
第三章 高温(火灾)环境下钢构件的稳定性能分析  25-51
  3.1 引言  25
  3.2 钢构件稳定性有限元分析理论  25-28
    3.2.1 有限元法概述  25-26
    3.2.2 结构在热-力耦合作用下ANSYS的分析方法  26-27
    3.2.3 结构在热-力耦合作用下单元类型的选取  27-28
  3.3 高温(火灾)环境下钢柱的静力特性分析  28-38
    3.3.1 钢柱的计算模型及横向位移  28-29
    3.3.2 钢柱有限元模型的选择以及材料参数的定义  29-31
    3.3.3 不同参数对钢柱横向位移的影响  31-38
  3.4 高温(火灾)环境下斜梁的静力特性分析  38-51
    3.4.1 斜梁在热状态下的静力分析模型及计算式  38-40
    3.4.2 各项参数对斜梁稳定性能的影响  40-51
第四章 热-力耦合作用下钢构件剩余承载力的计算  51-67
  4.1 钢结构抗火设计的方法  51-55
    4.1.1 钢结构抗火设计要求  51
    4.1.2 传统的钢结构抗火设计方法  51
    4.1.3 基于计算的现代钢结构抗火设计方法  51-55
  4.2 热-力耦合作用下钢构件剩余承载力的计算  55-67
    4.2.1 热-力耦合作用下轴压钢柱剩余承载力的计算  55-58
    4.2.2 热-力耦合作用下受弯构件剩余承载力的计算  58-61
    4.2.3 热-力耦合作用下压弯构件剩余承载力的计算  61-67
第五章 火灾后门式刚架安全评估方法与应用  67-79
  5.1 火灾后门式刚架的安全评估方法和程序  67-73
    5.1.1 钢结构安全评估概述  67
    5.1.2 火灾后门式刚架的安全评估方法和程序  67-73
  5.2 火灾后门式刚架的安全评估方法与应用  73-79
    5.2.1 计算模型  73-75
    5.2.2 统计可燃物数量  75
    5.2.3 火灾持续时间计算  75
    5.2.4 火灾产生温度  75-76
    5.2.5 结构剩余承载力估算  76-79
结论  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
作者简介及读研期间主要科研成果  87

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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