鋼框架結(jié)構(gòu)的抗火反應(yīng)分析與研究

鋼框架結(jié)構(gòu)抗火反應(yīng)分析與研究

[摘要]：采用非線性有限元理論，對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)抗火反應(yīng)全過程進(jìn)行分析,就是想通過獲得框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的工作性能，為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析和模擬試驗(yàn)研究提供一些參考，為科學(xué)的綜合防火設(shè)計(jì)提供評(píng)價(jià)方法。

[關(guān)鍵詞]：鋼框架抗火非線性有限元位移

Abstract：It uses the non-linear finite element theory to analysis the fire resistance of the steel frame construction. Through the work ability of the steel frame construction in fire's operating performance, provide some references for the rationalization structural stability analysis and the simulation test research and provide the assessment method for the science synthesis fire protection design.

Key words: steel frame fire-resistant non-linear finite element displacement

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高、重量輕，施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)廠房等建筑中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。由于目前因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)抗火性能差，容易在高溫下產(chǎn)生軟化屈服^[1]，而需在鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)中引起高度重視。目前較高廠房中設(shè)置一個(gè)夾層（此夾層一般都為鋼框架）作為辦公、休息的結(jié)構(gòu)形式在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的越來越多，如銷售汽車4S店等都為此種結(jié)構(gòu)形式^[2]。而這種廠房由于用途比較廣，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜而在防火設(shè)計(jì)中更應(yīng)該引起設(shè)計(jì)師的關(guān)注。

2 計(jì)算模型及分析方法

本文所分析的問題為一個(gè)二層三跨連續(xù)鋼框架，層高3米，柱間距5.5米。所有柱腳固接。所有橫梁都受均布荷載作用，荷載值為30KN/M.梁為I字型梁（H350X175X7X10），柱為熱H型鋼(H390X300X12X20). 假定火災(zāi)分別發(fā)生在底層和上層的任意一個(gè)防火間,該防火間內(nèi)溫度隨時(shí)間按標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)模型上升。接著考慮通過ANSYS的藕合分析來實(shí)現(xiàn)由空氣的溫度分布到結(jié)構(gòu)的溫度分布再到結(jié)構(gòu)的反應(yīng)整個(gè)過程^[3]。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)因防火間獨(dú)特的作用，而僅會(huì)使防火間內(nèi)部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明顯的溫度上升。ANSYS的梁?jiǎn)卧獌H能模擬沿截面線性溫度分布，為了能準(zhǔn)確模擬截面的非均勻溫度分布等現(xiàn)象，構(gòu)成防火間的梁和柱將采用SOLID90單元用于傳熱分析，采用與SOLID90單元相對(duì)應(yīng)的SOLID95單元用于結(jié)構(gòu)分析。而其他房間采用梁?jiǎn)卧?

2.1 火災(zāi)發(fā)生在底層邊跨

2.1.1 溫度場(chǎng)分析與計(jì)算

采用SOLID90三維20節(jié)點(diǎn)六面體單元，定義導(dǎo)熱系數(shù)等熱分析材料特性;定義受火作用邊界，對(duì)受火邊界施加熱輻射等; 定義瞬態(tài)分析初始溫度為20'C，及初始步長(zhǎng)為20秒。然后按照ISO-834曲線對(duì)構(gòu)件進(jìn)行溫度計(jì)算^[4]，得出每個(gè)荷載步(時(shí)間)下鋼梁沿截面和長(zhǎng)度范圍內(nèi)各個(gè)點(diǎn)溫度。見下面圖1、圖2

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