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局部火灾下RC框架梁数值模拟研究

作　者: 苏玲红
导　师: 李耀庄
学　校: 中南大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 非线性 有限元 火灾 钢筋混凝土构件
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


钢筋混凝土结构作为当今主要的建筑结构形式之一,其在火灾下的受力性能受到了研究人员的广泛关注。本文结合湖南省科技计划重点项目“钢筋混凝土框架结构火灾反应全过程分析与仿真研究”,对受火情况下钢筋混凝土结构中构件的反应进行了研究,并编制了高温下构件的反应分析程序。具体进行了以下几个方面的工作：1.介绍和分析了现有钢筋混凝土结构抗火设计的方法,讨论了各种设计方法的优缺点,从而选取了适当的方法对高温下钢筋混凝土构件的反应进行分析。2.将国内外关于混凝和钢筋高温力学性能的变化规律进行了比较,从而选取了适当的材料高温力学性能变化规律进行钢筋混凝土构件反应分析。材料的变形考虑了应力-应变变形、自由膨胀变形、瞬态热应变和短期高温徐变,在此基础上推导了高温下混凝土的热力耦合本构模型及钢筋的热力耦合本构模型。3.采用等截面梁柱单元对构件进行离散：将构件沿长度方向分段,沿截面方向进行网格划分,各段离散成许多等截面棱柱体单元。根据截面的本构关系与梁柱单元的特点,结合材料的本构模型,推导了构件的总刚度矩阵和平衡方程。4.采用结构力学的方法将周围构件对受火构件的约束作用简化成弹性约束作用在构件的两端,通过修改总刚度矩阵反映其约束影响。引入构件边界条件,采用Newton-Raphson方法求解平衡方程得到火灾下构件的反应。采用Frotran语言编制了高温下钢筋混凝土构件反应分析程序。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 项目来源与工程结构抗火研究的意义  8-9
    1.1.1 项目来源  8-9
    1.1.2 工程结构抗火研究的意义  9
  1.2 结构抗火设计方法研究现状  9-15
    1.2.1 基于试验的构件抗火设计方法  9-11
    1.2.2 基于计算的构件抗火设计方法  11-13
    1.2.3 基于试验和计算的结构抗火设计方法  13-15
    1.2.4 基于火灾随机性的结构抗火设计方法  15
  1.3 本文研究思路和主要内容  15-17
    1.3.1 本文研究思路  15-16
    1.3.2 本文研究主要内容  16-17
第二章 火灾高温下材料的本构关系  17-29
  2.1 高温下混凝土的材料性能  17-22
    2.1.1 混凝土的高温强度  17-19
    2.1.2 混凝土的高温弹性模量  19-20
    2.1.3 混凝土的高温应力-应变关系  20-21
    2.1.4 混凝土的高温徐变  21
    2.1.5 混凝土的自由膨胀和瞬态热应变  21-22
  2.2 高温下钢筋的材料性能  22-25
    2.2.1 钢筋的高温强度  22-23
    2.2.2 钢筋的高温弹性模量  23
    2.2.3 钢筋的高温应力-应变关系  23-24
    2.2.4 钢筋的自由膨胀  24
    2.2.5 钢筋短期高温徐变  24-25
  2.3 高温下材料的热-力耦合本构关系  25-29
    2.3.1 混凝土的热-力耦合本构关系  25-26
    2.3.2 钢筋的热-力耦合本构关系  26-29
第三章 高温下钢筋混凝土构件非线性有限元分析  29-41
  3.1 模型的提出及基本假定  29-30
  3.2 构件离散及截面本构关系  30-34
    3.2.1 构件离散  30-31
    3.2.2 截面本构关系  31-34
  3.3 等截面梁单元等效刚度矩阵  34-41
    3.3.1 位移模式  34-36
    3.3.2 用位移模式表示应变  36-37
    3.3.3 由虚位移原理求刚度矩阵  37-39
    3.3.4 结点荷载  39-40
    3.3.5 总刚度矩阵和平衡方程  40-41
第四章 非线性求解及编程  41-59
  4.1 非线性方程组的求解  41-45
    4.1.1 Newton-Raphson方法  41-42
    4.1.2 不平衡力的求解  42-43
    4.1.3 增量法  43-45
    4.1.4 收敛准则  45
  4.2 结构中构件的计算模型  45-51
    4.2.1 梁端弹性约束  46-49
    4.2.2 柱端弹性约束  49-51
  4.3 程序编制  51-56
    4.3.1 计算步骤  51-52
    4.3.2 程序框图  52-53
    4.3.3 主要模块介绍  53-56
  4.4 钢筋混凝土框架梁计算算例  56-59
第五章 结论与展望  59-61
  5.1 结论  59
  5.2 展望  59-61
参考文献  61-68
附录  68-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目  88

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构 > 框架
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