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，對鋼框架結(jié)構(gòu)抗火反應(yīng)全過程進行分析,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研究提供一些參考，為科學(xué)的綜合防火設(shè)計提供評價方法。

[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)以其強度高、重量輕，施工周期短等優(yōu)點，在我國廠房等建筑中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。由于目前因為鋼結(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)計中引起高度重視。目前較高廠房中設(shè)置一個夾層（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)計中更應(yīng)該引起設(shè)計師的關(guān)注。

2 計算模型及分析方法

本文所分析的問題為一個二層三跨連續(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防火間,該防火間內(nèi)溫度隨時間按標準火災(zāi)模型上升。接著考慮通過ANSYS的藕合分析來實現(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)整個過程^[3]。在發(fā)生火災(zāi)時因防火間獨特的作用，而僅會使防火間內(nèi)部的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明顯的溫度上升。ANSYS的梁單元僅能模擬沿截面線性溫度分布，為了能準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單元相對應(yīng)的SOLID95單元用于結(jié)構(gòu)分析。而其他房間采用梁單元。

2.1 火災(zāi)發(fā)生在底層邊跨

2.1.1 溫度場分析與計算

采用SOLID90三維20節(jié)點六面體單元，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，及初始步長為20秒。然后按照ISO-834曲線對構(gòu)件進行溫度計算^[4]，得出每個荷載步(時間)下鋼梁沿截面和長度范圍內(nèi)各個點溫度。見下面圖1、圖2

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