基于有限元法的大空间混凝土结构抗火性能研究

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伴随着改革开放进程的深入,社会经济经历了一个高速发展阶段,国内的城市化进程发展非常之快,这样快速的建设对消防事业提出了新的要求,由于火灾现场本身的环境复杂加之不同时期建设标准的不同,因此灭火救援人员难以对建筑的危险性作出准确判断。目前阶段对建筑物抗火性能的研究主要集中在设计阶段如何延长建筑结构的耐火极限等方面,没有针对火灾发生后能够辅助消防人员对建筑结构安全性进行判断的方法和工具,导致了许多伤亡以及损失。本文以某改建中的大型商场为例,应用火灾模拟软件FDS以及有限元分析软件ANSYS对火灾作用下建筑空间内部温度变化、建筑结构节点的温度场分布以及建筑结构的受力和变形进行研究,与内力简化计算方法的对比,寻找适用于消防人员的结构危险性分析方法。主要做了以下工作:1.首先是对常见的引起火灾的原因做出研究,而后以某商场作为研究对象进行分析,对商场内部主营服装的部分进行全面的火灾荷载密度和实际分布情况调查,基于此条件采用FDS来分析火灾出现时的环境温度场分布、真实的火灾升温曲线,为接下来的有限元分析提供数据基础。2.针对建筑材料的抗火性能研究,主要是钢筋和混凝土在不同温度时的导热系数、比热和热膨胀系数,这些数据再次结合FDS模拟得到的温度场数据,之后运用ANSYS有限元分析软件来分析钢筋混凝土和梁柱构建,得到仿真的温度场。3.基于等效刚度的定义,得出了梁柱构件在高温时会发生的变形和内力的算法。对于钢筋混凝土框架结构使用ANSYS有限元分析软件进行热结构耦合分析,找出不同时刻框架在竖直和水平两个方向上的位移,还有温度场分布云图和VonMises应力分布云图。最后将仿真得到的数据和基于等效刚度的定义的梁柱构件在高温时会发生的变形和内力的简化算法数据进行对比,在误差范围内说明了简化算法的有效性,由于简化算法较为简单,因此可以用于框架结构在高温条件下变形和受到内力的基本分析。本文所做的工作为今后消防部门在灭火救援预案的制定、灭火战斗行动方式的改进、现场战斗指挥决策辅助起了一定参考作用。
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