基于火灾下平面钢框架热——结构耦合分析

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1、105304Z学大警OfTechnology硕士学位论文MASTERDISSERTATloNo论文题目：火灾下平面钢框架热一结构耦台分析学位类别：——9里!主学科专业：工程领域)作者姓名：导师姓名：完成时间：结构工程洪庆尔完海鹰教授2007年5月工嘶肥～一舍一火灾下平面钢框架热——结构耦合分析摘要钢结构的发展与日俱增，但耐火性能差是钢结构的一个致命缺点，钢材的强度、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就有可能发生严重的破坏。目前我国的钢结构抗火设计主要采用基于试验的构件抗火设计方法，这种方法很难模拟构件在整体结构中的荷载分布、大小以及端部约

2、束情况的影响。基于钢结构设计中存在的一些问题，本文用ANSYS分析了一钢框架在火灾下温度的分布和应力分布随时间的变化，对构件在破坏时的温度和应力分布进行了一定的分析，得出了一些结论。关键词：钢结构抗火、火灾荷载、热——结构耦合分析、工字钢梁Thermal—stucturecoupledanalysisofplanesteelframeunderthefireABSTRACTThesteelstructuredevelopmentgrowsdaybyday,butthepoorfire·resistanceabilityisthemainweaknessofsteel

3、structureinthatitsmechanicalpropertysuchasstrengthandelasticmodulusdecreaseseverelyinhi曲temperature．WhenthefireOCgBI'S，severedamagewillhappentothesteelstructure．InChina，test-basedfireresistancedesignmethodistheprevailingfireresistancedesignmethodforsteelstructure．However,usingthetest-b

4、asedfireresistancedesignmethod，itishardtosimulatethemagnitudeanddistributionofloadsandtheendrestrictioncondffionsofthespecimensinthestructure．Basedontheproblemsaboutthefiresafetydesignofsteelstructure，thisarticleanalyzedthetemperaturedistributionandthestressdistributionastimechangeofas

5、teelframeunderthefirewithANSYS，carriedonthecertainanalysistothetemperatureandthestressdistributionofthecomponentindestructiontime，gotsomeconclusions．Keywords：firesafetyofsteelstructure，fireload，thermal—stucturecoupledanalysis，I-sectiongirder插图目录图2．1室内火灾的发展过程⋯⋯⋯⋯图2．2IS0834标准升温曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

6、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13图2．3标准火灾与实际火灾曲线比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15图2．4等效爆火时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15图2．5材料单元热平衡图⋯⋯⋯⋯⋯图2．6火灾下无保护层钢构件升温计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19图3．1分段直线模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25图3．2典型蠕变曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26图3．3碳钢松弛曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27图4．I受火框架模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29图

7、4．2梁、柱截面尺寸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29图4．3SOLID70单元几何模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30图4．4受火梁柱的有限元模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31图4．5梁、柱受火形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯33图4．6不同时刻的梁截面温度云图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35图4．7梁截面不同位置的温度一时间曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36图4．8柱截面不同时刻的温度分布云图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38图4．9完整的框架模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯