鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在火災(zāi)下的溫度場分析與熱—結(jié)構(gòu)耦合計算.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)形式相比，具有強度高、質(zhì)量輕、空間大、抗震性能好等明顯的優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房、高層建筑中?？墒?，鋼結(jié)構(gòu)不耐火，在火災(zāi)下，鋼材的強度、彈性模量等力學(xué)性能會急劇下降，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重的破壞。比如：溫度為400℃時，鋼材的屈服強度將降至室溫下強度的一半，溫度達到600℃時，鋼材基本喪失了強度和剛度。所以對鋼結(jié)構(gòu)防火、抗火問題進行研究具有十分重要的理論意義。 我國現(xiàn)行的防火設(shè)計規(guī)范采用的是基于標(biāo)準升溫曲線

2、實驗校核法。其最大的問題在于不分失火房間的具體情況而予以統(tǒng)一的規(guī)定。這種方法不易操作，其設(shè)計結(jié)果有時失之經(jīng)濟，有時又失之安全，且其可靠度也較差。目前國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計也主要采用基于試驗的構(gòu)件抗火設(shè)計方法，這種方法費用昂貴，而且很難模擬構(gòu)件在整體結(jié)構(gòu)中荷載的分布、大小、以及端部約束等情況。并且在高溫試驗中，實驗爐中的溫度控制及鋼結(jié)構(gòu)的溫度采集也具有一定的難度。而通過計算來確定鋼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在火災(zāi)下的溫度場分布和抗火極限溫度，則可以更加合

3、理的確定鋼結(jié)構(gòu)的防火保護措施。因此，對于基于計算的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法進行研究具有重要的理論價值和工程實用價值。 ANSYS作為大型通用有限元軟件在工程中有著廣泛的應(yīng)用，它為用戶提供了一百多種單元，具有極強的分析能力，所建的模型能夠真實的模擬工作狀態(tài)，分析的結(jié)果準確、可靠。同時ANSYS的前后處理的功能非常強大，可以建立復(fù)雜的分析模型，其網(wǎng)格劃分也可以根據(jù)用戶的要求采用不同的精度，以達到預(yù)期的結(jié)果。 ANSYS軟件中的熱分

4、析可以模擬鋼構(gòu)件在火災(zāi)下的響應(yīng)。本文通過對涂有不同厚度保護層的鋼管的熱分析，顯示出了不同時刻構(gòu)件截面的溫度分布云圖及截面上特定位置上的節(jié)點隨時間的溫度變化曲線。根據(jù)對比不同厚度保護層鋼管的升溫曲線及截面溫度分布，得出了防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)抗火中發(fā)揮了重要作用這一結(jié)論。 在實際情況下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在火災(zāi)中的分析屬ANSYS中的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，這是因為火災(zāi)中施加在結(jié)構(gòu)上的力既包括實際外力荷載還包括溫度荷載。本文通過大量的結(jié)構(gòu)鋼高溫物理特

5、性、力學(xué)性能等參數(shù)的分析，以有限元原理、傳熱學(xué)及工程力學(xué)為基礎(chǔ)，利用ANSYS軟件，建立起鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在室內(nèi)局部火災(zāi)條件下的傳熱模型與在外力荷載及溫度荷載共同作用下的受力模型。通過對一工字型鋼梁進行的火災(zāi)模擬計算，分析了火災(zāi)情況下鋼構(gòu)件的極限溫度、耐火時間、節(jié)點位移隨時間變化曲線以及構(gòu)件上不同位置節(jié)點的應(yīng)力變化曲線。并根據(jù)構(gòu)件受火條件的不同，得到其不同的失效狀態(tài)。ANSYS強大的非線性分析功能、圖形功能及高精度保證了分析與實際火災(zāi)最為接近