欧蔓丽[1]2007年在《火灾条件下钢结构力学性能的研究及应用》文中指出钢结构具有良好的强度和延性,且有自重轻、施工工期短、便于实现工业化、产业化等优势,在我国的工业厂房、大型公共设施、高层建筑等方面得到了广泛的应用。但耐火性能差是钢结构的一个致命的弱点,火灾下钢材的性能会有很大的变化,如温度为400℃时,钢材的屈服强度降为室温下强度的一半;温度为600℃时,钢材基本丧失了强度和刚度。同时进行钢结构的抗火研究不仅可以减轻或避免结构在火灾中破坏的概率,而且能为钢结构抗火设计中节约材料、提高钢结构的稳定系数提供科学依据。本文以Q235钢材为研究对象,通过试验研究得到了材料的屈服强度、极限强度、弹性模量、伸长率等力学性能指标及应力-应变关系曲线随温度变化的规律,并与国内外的相关研究成果进行了对比,从而对Q235钢抗火设计计算中各种参数提出了建议取值。本文叙述了钢结构抗火设计的基本过程,对国内外火灾条件下钢结构研究成果进行了比较,对钢结构防火保护的主要措施进行了详细的探讨。基于国内外火灾条件下钢结构研究成果,提出了钢结构抗火承载能力极限状态计算的原则,探讨了耐火时间、火灾下钢构件的升温、温度内力的计算方法,指出了钢结构防火设计中应当注意的一些问题。以湖南兰天实业有限公司东风日产汽车长沙湘府路4S店钢结构工程为工程背景,将本文的试验研究与理论研究成果应用于该工程的抗火设计,取得了良好的效果。
任学军[2]2007年在《钢构件和钢框架火灾行为的数值分析》文中认为钢结构因具有强度高、重量轻、韧性好、施工速度快等优点，被广泛应用于建筑结构中，但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点。温度为400℃时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度达到600℃时，钢材基本丧失了强度和刚度。所以对钢结构防火、抗火问题进行研究具有十分重要的理论意义和社会意义。快速温升火灾是一种少见但危险极大的火灾情况，现在针对这方面的研究还很少。本文首先通过理论分析快速温升与普通温升的差异，简化热力耦合效应，建立简单钢构件模型进行数值模拟的方法，研究钢构件在不同温升曲线作用下的力学响应特性。本文还对一个2层3跨的钢框架整体结构进行了抗火反应分析，采用材料非线性和几何非线性的有限元双重非线性方法进行分析，运用大型有限元分析软件ANSYS中的叁维热力耦合单元进行温度计算和力学分析，假定火灾发生在不同层不同跨的房间分别进行计算，得到各种情况的耐火时间和临界温度。分析结果表明：对于多高层钢框架结构，火灾发生在框架底层房间和中跨房间对整体结构更为不利，实际中应加强防火保护，如果火灾发生在顶层或边跨房间，只会对该房间或临近房间影响较大，而对整体结构的影响不大，可适当减少防火保护。框架中柱的强度和尺寸对提高整体结构的抗火性能起着至关重要的作用，应作为防火保护的重点，如果采用钢管混凝土、钢骨混凝土柱等结构形式，更会提高整体结构的抗火性能，而梁的强度提高和尺寸加大对结构的抗火性能提高不大，可适当减少防火保护。通过对钢框架结构的抗火反应分析，希望能为今后的结构抗火工程的研究和实际工程的防火设计提供一些参考意见。
杨越[3]2008年在《火灾下单层单跨石化管廊全过程模拟分析》文中进行了进一步梳理同传统的木结构、砖石结构和钢筋混凝土结构相比,钢结构具有强度高、自重轻、占空间体积小、抗震性能好、安装方便、工业化程度高等优点。在石油化工企业中,支撑设备、管道的框架、支架和管架多采用钢结构。然而在实践使用中得知,裸露钢结构耐火性能差,怕火烧,未加保护的钢结构在火灾温度作用下很快自身温度就达到五百度以上,使钢材的力学性能迅速下降,引起结构整体倒塌破坏,产生重大财产、人员损失及次生灾害。为了提高石化管廊钢框架结构耐火极限与整体抗火时间,减轻石化火灾损失与避免结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡及次生灾害,因此有必要对石化管廊钢框架结构的防火保护与抗火问题进行研究。钢框架结构防火保护主要包括防火保护计算方法与防火材料两方面。本文针对防火保护方法开展了较为深入的研究,并基于塑性极限分析理论提出一种钢框架抗火的数值计算方法,该方法在有限元的计算结果基础上进行迭代求解,能对钢框架结构火灾破坏进行全过程模拟分析。本文用Fortran语言编写了相应的计算程序,并用于单层单跨钢框架结构的抗火计算分析。本文首次把塑性极限分析理论下限定理应用到钢结构抗火设计中,本文方法简单、准确,考虑温度变化与约束对构件的作用,可以对火灾下结构的反应进行整体分析,能模拟实时跟踪火灾下结构的位移、内力及结构形式的变化,确定钢框架结构塑性铰出现次序、位置和结构所能承受的最终极限温度。这种方法较其他方法计算量大为减少,计算结果能指导防火保护工程,例如:重点针对关键薄弱构件加以保护,可弥补现有方法全部涂抹防火涂料和加保护层的不足,可为实际工程节约建筑成本,为钢结构抗火计算提供了一个新的方法,有助于解决石化工业管廊防火领域的性能化设计问题。
郭相凯, 汪金辉, 陈科烨, 杨宇鹏[4]2018年在《火灾环境下钢结构力学响应行为研究进展》文中认为对火灾模拟与钢结构热响应行为相关研究成果进行了调研,主要对火灾温度场、结构热环境下力学响应行为、钢结构抗火等方面的研究进展和现状进行了分析、梳理和总结;从工程实际出发,探讨了火灾环境下钢结构抗火领域需要解决的主要问题。
李国强, 王卫永[5]2017年在《钢结构抗火安全研究现状与发展趋势》文中研究说明火灾引起的高温严重降低建筑钢材的强度和刚度,从而造成钢结构损伤、严重破坏甚至倒塌。20世纪90年代人们开始重视钢结构抗火理论研究,2001年美国"9·11"事件引起了世界各国对钢结构抗火问题的高度关注。结构抗火学科经过几十年的发展,已形成系统的抗火理论和设计方法,文章介绍火灾引起钢结构破坏的原因,论述结构抗火设计原则的发展过程,归纳近年来钢结构抗火研究的重大进展,指出钢结构抗火的重要发展趋势,供有关研究者参考。
杜二峰[6]2016年在《基于实际火灾全过程的大空间钢结构抗火性能试验研究及理论分析》文中研究指明大空间钢结构因具有造型丰富、内部空间巨大等优点而被广泛应用于体育场馆、会议展览中心、火车站、机场、商场、工业厂房及仓储设施等,是近年来发展最快的建筑结构形式之一。相应,该类结构的抗火性能和抗火设计方法也成为国内外学者关注的热点问题之一。当大空间建筑发生火灾时,其火灾特性与普通室内火灾有显着不同。因此,传统的基于标准火灾的抗火设计方法已经不适合大空间钢结构,而基于性能化的抗火设计方法则是一个较好的解决方案。目前,国内外对大空间钢结构性能化抗火设计的研究已经取得了一定的进展,但总体而言还处于初级阶段,尚未有较为系统详细的大空间钢结构抗火设计方法。论文基于性能化抗火设计的思想,采用试验研究、理论分析与数值模拟相结合的方法,对实际火灾全过程中大空间建筑内部空间温度场的分布与发展规律、钢构件的升降温计算方法、大空间钢结构整体抗火性能和抗火设计方法进行研究,主要研究内容及取得的主要成果如下：(1)通过对比研究国内外相关文献,系统总结了大空间建筑火灾荷载和火源热释放速率的确定方法,并给出火灾蔓延与轰燃的判定条件和火源充分燃烧所需的最小开洞尺寸。(2)参考常温下钢结构直接分析方法和已有研究成果,提出对实际火灾作用下大空间钢结构的抗火性能进行直接分析的方法和研究步骤。直接分析方法能够直接对火灾下整体结构及构件的承载能力和破坏模式进行分析,无需计算构件的计算长度,提高了结构抗火性能分析的科学性和效率。(3)设计建造了一个长12.5m、宽6m、檐口高2.25m、屋面坡度为1/10的缩尺(1：4)门式刚架整体结构抗火试验模型,火源采用柴油油池火,在试验模型内外开展了5次火灾试验。通过试验对不同场景下火源及烟气的发展、火羽流中心线温度分布、室内空间和构件温度场、火焰辐射作用以及整体结构的力学响应进行研究。试验结果表明：在局部火灾作用下,由于结构体系的整体作用,火灾全过程及火灾后没有发生结构倒塌现象,整体结构处于安全状态。之后,采用FDS对室内火灾发展全过程进行仿真模拟,并利用ANSYS分别建立一榀刚架和叁维整体结模型对试验结构进行直接分析,以探寻和验证合理的建模与分析方法。(4)对不同的经典轴对称羽流模型进行对比分析和拓展,并在试验研究的基础上提出大空间局部火灾羽流中心线温度计算模型。采用该计算模型可以对大空间钢结构关键构件的抗火性能进行快速判定,从而对那些在火灾中处于安全状态的结构可免去进行复杂的火灾模拟和整体结构抗火性能分析。(5)结合理论分析和试验研究的结果,分别针对《建筑钢结构防火技术规范》(CECS200)和欧洲规范EC3给出大空间实际火灾作用下构件升降温计算方法。该方法针对实际火灾升降温过程中火焰和热烟气层范围内以及热烟气层以下区域的构件温度发展变化给出不同的计算公式和相关参数取值,计算结果与试验数据吻合较好。(6)在考虑火灾蔓延和烟气排放的基础上,通过对某门式刚架厂房和某扁平单层柱面网壳建筑等两个典型案例进行火灾仿真模拟和结构抗火直接分析,研究了火灾全过程中建筑内部空间温度场分布规律和结构的受力特性,给出了抗火设计建议。同时,综合案例研究和前文的理论分析及试验研究的成果提出了改进的大空间钢结构性能化抗火设计方法。
龙清宇[7]2008年在《兰州石化钢框架装置抗火破坏机理研究》文中提出钢结构的高温敏感性及石化原料及产品的高燃烧值给石化钢框架装置的抗火设计提出了很多新的问题,近年石化行业频发的安全事故使设计和建设单位更加重视石化钢框架装置的抗火研究。尤其高温下的材料非线性等复杂力学问题使抗火实践受到限制,本文利用塑性极限上限法对几种常规形式的管廊结构做了整体破坏分析研究。分析从结构可能的破坏结果出发,列举结构可能的破坏机构,验算各破坏机构所对应的极限荷载(外荷载或温度),找出所有极限荷载中的最小值,则视其为结构的极限荷载对应的破坏机构即为结构的最终破坏形式。这种分析方法回避了复杂的非线性力学分析,大大降低了计算难度、减少了计算量。通过算例与ABAQUS有限元分析对比,证明该方法简单、实用。应用本方法对兰州石化钢框架结构进行抗火验算,通过对防火保护方案的优化与传统“处方法”以及外商专利法比较,防火性能也满足性能化分析给出的抗火要求,如用本文方法实施抗火保护,可减少经费。本文对结构破坏机构的列举仅限于简单钢框架结构,当结构形式为多层多跨时可以借助线性规划数学方法,通过计算机编程对破坏机构进行组合,求解外载极值。这种将塑性极限上限法与线性规划方法结合应用于钢框架结构的抗火设计分析,经验证是有效和实用的,能较大简化钢框架结构抗火设计分析。本文参与了兰州石化乙烯管廊钢框架结构的抗火设计分析,给出了具体的优化过程和论证结果。
胡妍[8]2014年在《预应力钢柱在高温（火灾）环境下的力学特性分析》文中认为随着当今社会的快速发展，预应力钢结构作为一种重要的建筑结构形式适用于大多数钢结构工程中。与传统钢结构相比，预应力的引入不仅能节约钢材，提高结构的承载力，并且可以减少结构的变形。预应力钢结构与其它结构相比虽然有许多优越性，但钢结构本身不耐火，钢的性能在高温下会有很大的改变，其主要原因是钢材的耐火性差。因此，对预应力钢结构进行抗火性能研究有重要的意义和价值。预应力钢结构的抗火设计方法主要有两大类，一类是基于试验的抗火设计方法，由于结构实际所受约束及荷载情况不尽相同，在试验中有时难以完全模拟处受力的真实状况；另一类是基于计算的抗火设计方法，本文正是采用这种方法研究预应力钢柱在高温环境下的力学特性。本文从单个构件角度出发，以预应力钢柱为研究对象，通过理论分析和数值计算，并根据传热学原理，利用ANSYS有限元分析软件，对预应力钢柱进行了热和力的耦合分析，为日后预应力钢结构的抗火设计研究提供参考。通过对预应力钢柱在高温条件下的承载力和变形情况的理论分析，得到了高温对预应力钢柱承载力及变形的影响，对比了不同工况下及高温条件下预应力钢柱承载力及变形的变化情况，探讨了预应力损失对钢柱在高温条件下的承载力及变形的影响。通过对预应力钢柱的温度场及热力效应分析，得出温度对预应力钢柱主要力学性能的影响。最后将理论计算得出的结果与ANSYS有限元软件得到的结果进行对比，为预应力钢柱的抗火研究提供参考。通过本文对高温（火灾）下预应力钢柱的力学特性研究，希望能为未来的预应力钢结构抗火设计提供一定借鉴。
张发凯[9]2007年在《双跨变截面门式钢刚架局部火灾下的反应分析》文中进行了进一步梳理门式刚架轻型钢结构具有轻质高强、施工速度快、建筑造型美观、造价低等优点,同时随着我国钢产量的大幅度增加,其应用前景是非常广泛的。然而,耐火性能差是其致命缺点,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甚至过早地整体倒塌,所以对门式刚架结构的抗火问题进行研究具有十分重要的理论意义和工程实践意义。本文采用有限元方法,对工字形钢梁在不同位置火焰下横截面温度场的分布情况进行了分析,得到温度场分布云图及其分布规律。由于在ANSYS热辐射分析中,空间节点在开放系统中必须定义以保证能量守恒,本文提出的确定空间节点温度的方法对提高问题的分析精度有极大的帮助。本文分别在ISO834国际标准升温曲线和大空间升温曲线下,对变截面门式刚架这种常用的结构形式采用有限元方法进行了温度场分析,讨论了局部火灾条件下,火源位置对刚架梁升温的影响,得到了沿刚架梁轴向和高度方向的时间—温度曲线。在此分析基础上,对变截面门式刚架进行了弹塑性有限元分析,得到了不同火灾条件下变截面门式刚架的结构响应情况。通过对于不同火焰位置下钢构件和变截面门式刚架结构的火灾反应分析,能为今后的结构抗火工程的研究和实际工程的防火设计提供一定借鉴作用。
么达[10]2003年在《钢结构抗火设计研究》文中研究表明钢结构因具有强度高、重量轻、韧性好、施工速度快等优点,被广泛应用于建筑结构中,但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点。温度为400℃时,钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半,温度达到600℃时,钢材基本丧失了强度和刚度。所以对钢结构防火、抗火问题进行研究具有十分重要的理论意义和社会意义。本文首先阐述了基于试验的构件抗火设计方法和基于计算的构件抗火设计方法 。基于试验的构件抗火设计方法以试验数据为依据,确定在采取不同防火措施后构件的耐火时间,进行结构抗火设计时,可根据构件的耐火时间要求,直接选取对应的防火保护措施。基于试验的构件抗火设计方法简单、直观,应用方便,但是无法考虑荷载的分布、大小及构件的端部约束状态对构件耐火时间的影响。基于计算的构件抗火设计方法以有限元为主要理论依据,基本建立了能考虑任意荷载方式和端部约束状态影响的钢结构抗火设计方法,与结构的实际受力情况更相符。在研究了钢结构两种抗火设计方法的基础上,采用基于计算的构件抗火设计方法,对一钢框架结构的实际工程进行了抗火设计。最后得到如下结论:采用基于计算的抗火设计方法,可以对钢结构的保护层厚度进行反复的试算,直至找到最经济的保护层厚度,相对于基于试验的构件抗火设计方法更经济、更简便。
参考文献：
[1]. 火灾条件下钢结构力学性能的研究及应用[D]. 欧蔓丽. 湖南大学. 2007
[2]. 钢构件和钢框架火灾行为的数值分析[D]. 任学军. 合肥工业大学. 2007
[3]. 火灾下单层单跨石化管廊全过程模拟分析[D]. 杨越. 北方工业大学. 2008
[4]. 火灾环境下钢结构力学响应行为研究进展[J]. 郭相凯, 汪金辉, 陈科烨, 杨宇鹏. 消防技术与产品信息. 2018
[5]. 钢结构抗火安全研究现状与发展趋势[J]. 李国强, 王卫永. 土木工程学报. 2017
[6]. 基于实际火灾全过程的大空间钢结构抗火性能试验研究及理论分析[D]. 杜二峰. 东南大学. 2016
[7]. 兰州石化钢框架装置抗火破坏机理研究[D]. 龙清宇. 北方工业大学. 2008
[8]. 预应力钢柱在高温（火灾）环境下的力学特性分析[D]. 胡妍. 安徽建筑大学. 2014
[9]. 双跨变截面门式钢刚架局部火灾下的反应分析[D]. 张发凯. 天津城市建设学院. 2007
[10]. 钢结构抗火设计研究[D]. 么达. 天津大学. 2003