ku体育网站

北京渤东博土木工程有限公司

全国统一服务热线
400-610-6025

当前位置:ku体育网站 > 业绩案例 > 火灾下钢筋(jin)混(hun)凝土框架结构受火性能的全过程分析

火灾下钢筋混凝土框架结构受火性能的全过程分析

火灾下钢筋混土框架结构受火性能的全过程分析

1   引言

长期以(yi)来,钢(gang)筋混凝土结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)多是(shi)进(jin)(jin)行(xing)标(biao)准(zhun)(zhun)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)下单(dan)个(ge)构(gou)(gou)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)。由于试(shi)验边界(jie)条件(jian)(jian)的(de)(de)(de)差异,单(dan)个(ge)构(gou)(gou)件(jian)(jian)与整体(ti)(ti)结(jie)构(gou)(gou)中(zhong)的(de)(de)(de)构(gou)(gou)件(jian)(jian)抗(kang)(kang)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)能相差很(hen)大。近年来对钢(gang)筋混凝土整体(ti)(ti)结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)能研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)越来越受(shou)到(dao)重视,近二(er)十年国(guo)内(nei)在这(zhei)(zhei)方面(mian)(mian)也做了不(bu)(bu)少研(yan)(yan)究(jiu)(jiu),取得(de)了较多的(de)(de)(de)成(cheng)果,但这(zhei)(zhei)些研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)均(jun)是(shi)基于标(biao)准(zhun)(zhun)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)或者尽量模拟标(biao)准(zhun)(zhun)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)过(guo)程(cheng)(cheng)进(jin)(jin)行(xing)的(de)(de)(de),且由于试(shi)验条件(jian)(jian)的(de)(de)(de)限制,研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)还仅(jin)限于“简单(dan)”结(jie)构(gou)(gou),所(suo)谓全(quan)(quan)过(guo)程(cheng)(cheng)分析也仅(jin)是(shi)对结(jie)构(gou)(gou)在火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)中(zhong)的(de)(de)(de)温度和力学性(xing)(xing)能进(jin)(jin)行(xing)分析。众所(suo)周知,标(biao)准(zhun)(zhun)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)明显不(bu)(bu)同于千变(bian)万化的(de)(de)(de)真(zhen)(zhen)(zhen)实火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai),“简单(dan)”结(jie)构(gou)(gou) 也远不(bu)(bu)能反映真(zhen)(zhen)(zhen)实“复杂”结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)表现,而(er)真(zhen)(zhen)(zhen)正意义上的(de)(de)(de)全(quan)(quan)过(guo)程(cheng)(cheng)分析,则应包(bao)括从(cong)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)空间温度场到(dao)结(jie)构(gou)(gou)内(nei)部温度场再到(dao)结(jie)构(gou)(gou)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)反应的(de)(de)(de)全(quan)(quan)过(guo)程(cheng)(cheng)分析。钢(gang)筋混凝土结(jie)构(gou)(gou)抗(kang)(kang)火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)是(shi)进(jin)(jin)行(xing)真(zhen)(zhen)(zhen)实火(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)(huo)灾(zai)下的(de)(de)(de)整体(ti)(ti)结(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)(de)全(quan)(quan)过(guo)程(cheng)(cheng)性(xing)(xing)能化研(yan)(yan)究(jiu)(jiu),目前这(zhei)(zhei)方面(mian)(mian)国(guo)内(nei)外研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)成(cheng)果很(hen)少。

本文借(jie)助FDS软件(jian)对某百货大楼逐层(ceng)进(jin)行(xing)火(huo)灾(zai)(zai)模拟,获得了火(huo)灾(zai)(zai)下(xia)(xia)整体(ti)火(huo)灾(zai)(zai)空间的(de)温度场过程,在(zai)此基础上运用(yong)ANSYS有限元分析软件(jian)进(jin)行(xing)结(jie)(jie)(jie)构(gou)内部(bu)的(de)温度场变化过程分析,进(jin)而进(jin)行(xing)真(zhen)实结(jie)(jie)(jie)构(gou)在(zai)“真(zhen)实”火(huo)灾(zai)(zai)下(xia)(xia)的(de)内力和变形分析,研究火(huo)灾(zai)(zai)下(xia)(xia)结(jie)(jie)(jie)构(gou)的(de)内力重分布,演示火(huo)灾(zai)(zai)下(xia)(xia)钢(gang)筋混凝土(tu)框架结(jie)(jie)(jie)构(gou)的(de)全(quan)过程分析方法。

2   钢筋混凝土框架火灾环境模拟方法

2.1 火灾模拟方法

火(huo)(huo)灾模拟过程是对火(huo)(huo)灾空间(jian)所建立(li)的流(liu)体(ti)动(dong)力(li)(li)(li)学(xue)(xue)方(fang)程的求解过程。 计算(suan)(suan)流(liu)体(ti)动(dong)力(li)(li)(li)学(xue)(xue)是建立(li)在(zai)经典(dian)流(liu)体(ti)动(dong)力(li)(li)(li)学(xue)(xue)与数值(zhi)计算(suan)(suan)方(fang)法基(ji)(ji)础(chu)之上的一(yi)门新兴的独立(li)学(xue)(xue)科,通过计算(suan)(suan)机数值(zhi)计算(suan)(suan)和(he)图像显示的方(fang)法,在(zai)时间(jian)和(he)空间(jian)上定量(liang)(liang)描述(shu)流(liu)场(chang)的数值(zhi)解,从而达到对物理问题(ti)研究(jiu)的目的。FDS软件(jian)是美国(guo)国(guo)家标准研究(jiu)所建筑与火(huo)(huo)灾研究(jiu)实验室开(kai)发的以(yi)计算(suan)(suan)流(liu)体(ti)动(dong)力(li)(li)(li)学(xue)(xue)为(wei)基(ji)(ji)础(chu)的场(chang)模型软件(jian),主(zhu)要(yao)用于火(huo)(huo)灾空间(jian)温度(du)场(chang)的模拟。FDS的质量(liang)(liang)、 动(dong)量(liang)(liang)和(he)能量(liang)(liang)的守(shou)恒(heng)方(fang)程以(yi)计算(suan)(suan)流(liu)体(ti)动(dong)力(li)(li)(li)学(xue)(xue)为(wei)基(ji)(ji)础(chu)。

2.2 火灾温度场模拟

研究火(huo)(huo)灾(zai)特性(结构所(suo)处的火(huo)(huo)灾(zai)环境)是研究整(zheng)体结构抗火(huo)(huo)性能(neng)的基础。本(ben)文以上海某百(bai)货大楼(lou)为(wei)(wei)背景,采用 FDS 进行火(huo)(huo)灾(zai)模(mo)(mo)拟以分析框(kuang)架结构的火(huo)(huo)灾(zai)环境。该(gai)大楼(lou)为(wei)(wei)钢筋(jin)混凝土框(kuang)架结构,地(di)上7 层(ceng),地(di)下1 层(ceng)。在(zai)FDS模(mo)(mo)拟中,以单层(ceng)火(huo)(huo)灾(zai)空间为(wei)(wei)研究对(dui)象(xiang),计(ji)算(suan)区(qu)域为(wei)(wei)62m×57m×4.5m。本(ben)文取其(qi)灾(zai)荷载最大的一层(ceng)为(wei)(wei)研究对(dui)象(xiang),梁截面(mian)为(wei)(wei)0.3m×0.6m,柱截面(mian)为(wei)(wei) 0.6m×0.6m。在(zai)本(ben)次模(mo)(mo)拟中,设定火(huo)(huo)源位(wei)于计(ji)算(suan)区(qu)域的中心,环境温度(du)20℃, 未考虑自动喷淋灭火(huo)(huo)系统和外界风速对(dui)火(huo)(huo)灾(zai)发(fa)展的影(ying)响。

用(yong)FDS进行火灾(zai)模拟,既可(ke)方便(bian)(bian)地获(huo)得(de)火灾(zai)空(kong)间(jian)不(bu)同时刻的(de)(de)温(wen)度(du)(du)(du)分(fen)布,也可(ke)方便(bian)(bian)获(huo)取空(kong)间(jian)某点的(de)(de)火灾(zai)温(wen)度(du)(du)(du)过(guo)(guo)程(cheng)(cheng)。通过(guo)(guo)切片提取,还可(ke)方便(bian)(bian)显(xian)示某平(ping)面或立(li)面的(de)(de)温(wen)度(du)(du)(du)分(fen)布及温(wen)度(du)(du)(du)全过(guo)(guo)程(cheng)(cheng)。其中(zhong)火灾(zai)荷载最大,热释放速率、平(ping)均(jun)温(wen)度(du)(du)(du)和(he)局部(bu)温(wen)度(du)(du)(du)均(jun)较高(gao)的(de)(de)某位(wei)置处(chu)的(de)(de)温(wen)度(du)(du)(du)过(guo)(guo)程(cheng)(cheng)如(ru)下图1 所示,通过(guo)(guo)分(fen)段线(xian)性处(chu)理得(de)到拟合曲线(xian)(图中(zhong)虚线(xian)所示),作(zuo)为后续框架(jia)结构内部(bu)温(wen)度(du)(du)(du)场(chang)分(fen)析(xi)相应(ying)构件(jian)环境升温(wen)曲线(xian)。

       

                            图(tu)(tu)1  FDS分析温度曲线                                图(tu)(tu)2  算(suan)例框架(jia)模型

3   火灾下框架结构内部温度场分析方法

清楚了解整体结(jie)构内部(bu)各点的温(wen)度变化过程是分析火灾中结(jie)构性(xing)能(neng)的前(qian)提。结(jie)构内部(bu)温(wen)度场研究主要有(you)以(yi)下目(mu)的

1)为计算(suan)混凝土构件(jian)的耐火极限(xian)提供依据;

2)为火灾(zai)下整体结构(gou)或构(gou)件全过程非线性(xing)分析提供基础;

3)为计算温度载荷(he)项(xiang)和计入材料高温劣(lie)化的影响提供基础。

3.1 结构内部温度场分析基本理论

工程中的(de)(de)传热分析涉及(ji)到物(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)表面(mian)和内(nei)部(bu)的(de)(de)能(neng)(neng)量传递,在(zai)进行分析时都是在(zai)能(neng)(neng)量守(shou)(shou)恒(heng)的(de)(de)原则上建立平衡方程。能(neng)(neng)量守(shou)(shou)恒(heng)要求单位(wei)时间物(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)吸收的(de)(de)能(neng)(neng)量Ei加上物(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)自身在(zai)单位(wei)时间内(nei)产生的(de)(de)能(neng)(neng)量Eg,等于单位(wei)时间内(nei)离(li)开(kai)物(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)的(de)(de)能(neng)(neng)量Eo与物(wu)(wu)体(ti)(ti)(ti)内(nei)部(bu)所(suo)贮存的(de)(de)能(neng)(neng)量Es之和。由能(neng)(neng)量守(shou)(shou)恒(heng)定律推导得钢筋混(hun)凝(ning)土结构(gou)的(de)(de)导热方程为

T为瞬(shun)态温(wen)度、t为时间、λ为导热(re)(re)系数、ρ为物(wu)体的(de)质(zhi)量(liang)密度、c为比(bi)热(re)(re)容(rong)、x、y、z为直角坐标(biao)。

火(huo)灾开(kai)始前(qian),结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)多处于(yu)(yu)环(huan)境温度状态(tai),假设(she)结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)内部温度均匀(yun)且等于(yu)(yu)环(huan)境温度T0。发生火(huo)灾时,边界(jie)(jie)条件则视结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)所处环(huan)境、与周(zhou)围介(jie)质的换热等而不(bu)同,一般可分为(wei)(wei)三类。钢筋混(hun)凝土结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)一般取第三类边界(jie)(jie)条件,即(ji): 与结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)相接触(chu)的流(liu)体介(jie)质温度Tf(结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)表面附近的空气温度)和综合换热系(xi)数α为(wei)(wei)已(yi)知(zhi),用公式表示为(wei)(wei)

T为受火面(mian)的(de)表面(mian)温度、n为构(gou)件表面(mian)法线向(xiang)量、α与Tf可以(yi)是(shi)常数,也可以(yi)是(shi)某种(zhong)随时间和位置而变化的(de)函数。

3.2 框架结构内部温度场计算

与传(chuan)(chuan)统(tong)的(de)(de)标准(zhun)火灾(zai)(zai)下二维传(chuan)(chuan)热(re)分(fen)析(xi)不同,在进(jin)行“真实(shi)”火灾(zai)(zai)模拟时,结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)所处火灾(zai)(zai)环境(jing)为非均(jun)匀(yun)温度场,结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)内(nei)(nei)部除沿截面(mian)的(de)(de)二维传(chuan)(chuan)热(re)外,还有沿构(gou)(gou)件纵向(xiang)的(de)(de)热(re)传(chuan)(chuan)递(di),应(ying)进(jin)行结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)内(nei)(nei)部的(de)(de)三(san)维传(chuan)(chuan)热(re)分(fen)析(xi)。但由于计算机条件的(de)(de)限(xian)制,目前还无法计算火灾(zai)(zai)下的(de)(de)整体(ti)结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou),本文 仅取(qu)图 2 所示的(de)(de)局部钢(gang)筋混凝土框(kuang)架(jia)进(jin)行内(nei)(nei)部温度和结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)反应(ying)计算,图中结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)尺寸和所加荷载(zai)均(jun)按实(shi)际结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)取(qu)值。且为简化分(fen)析(xi),暂不考(kao)虑(lv)装修(xiu)和粉刷(shua)层(ceng)等(deng)对结(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)受热(re)的(de)(de)影(ying)响。

本文进(jin)行温(wen)(wen)(wen)度(du)场分(fen)析(xi)时,钢(gang)筋(jin)和混凝(ning)(ning)土热工系数(shu)采(cai)用(yong)(yong)(yong)欧洲规范建(jian)议的(de)公式,环(huan)境温(wen)(wen)(wen)度(du)采(cai)用(yong)(yong)(yong)FDS模(mo)拟(ni)的(de)拟(ni)合曲线,ANSYS有限元(yuan)软件(jian)(jian)建(jian)模(mo)时混凝(ning)(ning)土用(yong)(yong)(yong)SOLID70单元(yuan)、 钢(gang)筋(jin)用(yong)(yong)(yong)LINK33单元(yuan)模(mo)拟(ni)。采(cai)用(yong)(yong)(yong)上述方法对实(shi)体结(jie)构(gou)进(jin)行内部温(wen)(wen)(wen)度(du)场分(fen)析(xi),可得不(bu)同(tong)位置,不(bu)同(tong)时刻的(de)结(jie)构(gou)内部温(wen)(wen)(wen)度(du)场,作为(wei)火灾下框架(jia)结(jie)构(gou)受力分(fen)析(xi)的(de)基础。图3,4分(fen)别为(wei)梁(liang)柱构(gou)件(jian)(jian)各截(jie)面不(bu)同(tong)时刻的(de)温(wen)(wen)(wen)度(du)场分(fen)布计算结(jie)果,图5,6分(fen)别为(wei)截(jie)面不(bu)同(tong)位置处温(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)全过程变化曲线。

由图3~6可以看出,截面各点温度(du)相差较大,而且随着与(yu)受火面距(ju)离的(de)增大,温度(du)升(sheng)高的(de)速度(du)明显(xian)放缓(huan)。这一(yi)点也说明,增大混凝土保护层厚度(du)可以有效(xiao)降低(di)内部钢(gang)筋的(de)温度(du),提高结(jie)构的(de)耐火性能(neng),但是保护层过厚也会引起受弯构件过早开裂,应综合(he)考虑。

                                                            

T=600S                     T=3600S                    T=5400S                     T=9000S                       

                                图3   梁截面(mian)不同时刻(ke)温度场分布

                                        

T=600S                    T=3600S                      T=5400S                 T=9000S

                                        图4   柱截(jie)面不同时刻温(wen)度场分布

            

        图5  梁(liang)侧不同厚度处(chu)各点温(wen)度变化(hua)曲线                    图6  柱(zhu)截面中轴线不同厚度处(chu)温(wen)度变化(hua)曲线

4   火灾下框架结构的受力性能分析方法

4.1 结构分析方法

火(huo)灾下框架(jia)结(jie)构(gou)(gou)(gou)的(de)(de)受(shou)力(li)(li)(li)性能主要包括(kuo)结(jie)构(gou)(gou)(gou)变形性能和结(jie)构(gou)(gou)(gou)内力(li)(li)(li)重分(fen)布(bu)(bu)特性。火(huo)灾下钢筋混凝土框架(jia)结(jie)构(gou)(gou)(gou)的(de)(de)计(ji)算非常复杂,一(yi)(yi)方(fang)面构(gou)(gou)(gou)件的(de)(de)材料(liao)性能和刚(gang)度(du)(du)(du)随温(wen)(wen)度(du)(du)(du)不断(duan)变化,另一(yi)(yi)方(fang)面还(hai)会在(zai)结(jie)构(gou)(gou)(gou)中(zhong)产生不可(ke)忽略的(de)(de)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)内力(li)(li)(li)。本文用(yong)(yong)ANSYS有限元程(cheng)序(xu)进(jin)行(xing)(xing)热-结(jie)构(gou)(gou)(gou)耦合分(fen)析,还(hai)会在(zai)结(jie)构(gou)(gou)(gou)中(zhong)产生不可(ke)忽略的(de)(de)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)内力(li)(li)(li)。本文用(yong)(yong)ANSYS有限元程(cheng)序(xu)进(jin)行(xing)(xing)热-结(jie)构(gou)(gou)(gou)耦合分(fen)析,利用(yong)(yong)前面已计(ji)算得到整体结(jie)构(gou)(gou)(gou)在(zai)高温(wen)(wen)下的(de)(de)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)场(chang)变化过(guo)程(cheng)获得各个时(shi)刻构(gou)(gou)(gou)件的(de)(de)材料(liao)性能,再进(jin)行(xing)(xing)数值计(ji)算,得到框架(jia)结(jie)构(gou)(gou)(gou)的(de)(de)变形和内力(li)(li)(li)的(de)(de)全过(guo)程(cheng)分(fen)布(bu)(bu)。高温(wen)(wen)下混凝土及钢筋的(de)(de)本构(gou)(gou)(gou)关系模型均采用(yong)(yong)欧洲(zhou)规范建议的(de)(de)公式,计(ji)算时(shi)同时(shi)采用(yong)(yong)如下假设(she)

1)忽略混凝土的高温抗拉作用(yong);

2)钢筋(jin)和混(hun)凝土之间无相对滑移(yi);

3)截(jie)面(mian)应变线性分(fen)布,即符(fu)合平截(jie)面(mian)假定;

4)构件截面的温度场与材料的应力、应变和(he)开裂情况无(wu)关。

4.2 火灾下框架结构的变形分析

在温(wen)(wen)度(du)和(he)荷(he)载(zai)共同(tong)作用下,混(hun)凝(ning)土应(ying)变(bian)(bian)主要由四部分组成,外荷(he)载(zai)产生的(de)应(ying)εσ、温(wen)(wen)度(du)升高(gao)膨胀(zhang)产生的(de)应(ying)变(bian)(bian)εth、瞬态热应(ying)变(bian)(bian)εtr、短期高(gao)温(wen)(wen)徐变(bian)(bian)εtc,即: ε=εσ+εth +εtr +εtc。结构在火(huo)灾中短期高(gao)温(wen)(wen)徐变(bian)(bian)很(hen)小,通常(chang)在计算(suan)时可(ke)忽(hu)略。根据这(zhei)一方(fang)法(fa),利用有限(xian)元分析软(ruan)件(jian)ANSYS可(ke)以计算(suan)出框(kuang)架结构在火(huo)灾中的(de)全过程(cheng)变(bian)(bian)形,图7为(wei)受火(huo)不(bu)同(tong)时刻的(de)变(bian)(bian)形情(qing)况。从图中可(ke)看(kan)出,由于梁柱的(de)受热膨胀(zhang),框(kuang)架左右(you)两侧的(de)水(shui)平(ping)位移不(bu)断增大。

            

             T=1800s                              T=5400s                                T=7200s

                                                 图7  框架的变形情况

图(tu)8为框架结构不同部位位移随时间变化过程,从(cong)图(tu)中可以看出

1)由于热膨胀的(de)作用,梁轴向变形(xing)明显(图8(a)中1、2点和4、5点);

2)在高温膨(peng)胀(zhang)和(he)荷载(zai)作(zuo)用(yong)下,梁跨中(zhong)(图8(b)中(zhong)2、4点)竖向位移呈波浪(lang)形变化;

3)框(kuang)架节点(dian)(dian)(图8(b)中点(dian)(dian)1、3和5)的竖向(xiang)位(wei)移(yi)基本呈(cheng)现相同变(bian)化(hua)趋势, 升温初期(qi),由于柱内侧受热膨胀伸长,各(ge)点(dian)(dian)的竖向(xiang)位(wei)移(yi)向(xiang)上逐(zhu)渐增(zeng)大(da);升温后期(qi),虽然柱内侧仍然受热膨胀,但是由于材料性能降低,柱在外荷载作用下轴向(xiang)压(ya)缩量(liang)增(zeng)大(da),竖向(xiang)位(wei)移(yi)增(zeng)加缓慢并逐(zhu)渐反向(xiang)向(xiang)下移(yi)动。

                         

         (a)结构(gou)不同点的(de)水平位(wei)移(yi)(yi)                              (b)结构(gou)不同点的(de)竖(shu)向(xiang)位(wei)移(yi)(yi)        

                                 图8   框架结构不同点的位移(yi)随时(shi)间变化曲线

3   火灾下框架结构的内力分析

钢筋混凝(ning)土析火灾时,不(bu)仅钢筋和(he)混凝(ning)土材料本身力学性能发生(sheng)劣变,结(jie)(jie)构内部的(de)(de)不(bu)均匀温度场会引起截面的(de)(de)温度应力和(he)构件的(de)(de)膨胀变形,导致超静(jing)定结(jie)(jie)构发生(sheng)明显(xian)的(de)(de)内力重分布,严重影响结(jie)(jie)构的(de)(de)极限承载(zai)力,甚至(zhi)导致其与常(chang)温不(bu)同的(de)(de)破(po)坏机构。

图(tu)9为计算(suan)所得(de)不(bu)同部(bu)位(wei)(wei)处钢筋应力的变化过程,2 点位(wei)(wei)于(yu)梁跨中(zhong)底部(bu),1、3 点位(wei)(wei)于(yu)梁柱(zhu)(zhu)节点上部(bu),6 点位(wei)(wei)于(yu)中(zhong)柱(zhu)(zhu)上部(bu),7 点位(wei)(wei)于(yu)边(bian)柱(zhu)(zhu)外(wai)侧,4、5 点位(wei)(wei)于(yu)柱(zhu)(zhu)根部(bu)。

                       

                                                                                     T=0s                            T=7200s

  图9  不同点(dian)钢筋应力随时间变化曲线                              图10  受火前后框架弯矩分布(bu)示意

从(cong)图中(zhong)可以(yi)看出

1)升(sheng)温初期,钢筋应力随(sui)时(shi)间(jian)变化十分明显;

2)随着温(wen)度的升高,7点所示(shi)边柱的外(wai)侧的纵(zong)向钢筋(jin)由受压变(bian)为受拉,主要是边跨梁和边柱内侧的热膨(peng)胀使(shi)得柱向外(wai)弯曲所致;

3)升温初期(qi),梁(liang)柱节点(dian)处梁(liang)底部热膨胀以及柱的约束作用使梁(liang)底受压、梁(liang)顶(ding)受拉(la)的附加应力(li),1、3点(dian)所示(shi)梁(liang)顶(ding)纵向钢筋拉(la)应力(li)变大;

4)由(you)于外荷载(zai)作用(yong)下纵向钢筋 应(ying)力与(yu)热(re)膨胀(zhang)引起的(de)应(ying)力相反,2点所示梁跨中钢筋应(ying)力随温度作用(yong)而减(jian)小。

图10为根据计(ji)算结(jie)果所绘受火(huo)前后(hou)框架结(jie)构(gou)弯矩(ju)重分(fen)(fen)布示意图,受火(huo)后(hou)结(jie)构(gou)产(chan)生了明显的内(nei)力(li)重分(fen)(fen)布。经(jing)过常(chang)温和(he)高温下(xia)构(gou)件(jian)内(nei)力(li)和(he)承载力(li)对比分(fen)(fen)析得,常(chang)温下(xia)原(yuan)本安全的结(jie)构(gou)火(huo) 灾下(xia)失效(xiao),结(jie)构(gou)处(chu)于不(bu)安全状态。

5   结论

本文从(cong)火(huo)灾(zai)空间温度(du)场(chang)模拟到结构内(nei)部(bu)温度(du)场(chang)分析再到结构的受力性能(neng)分析,提出(chu)了真实火(huo)灾(zai)下(xia)钢筋混(hun)凝(ning)土整体框架结构全过程分析方法,主要得出(chu)以下(xia)结论

1)采(cai)用以场模(mo)型(xing)理论为基础开(kai)发的FDS软件,可以很好地(di)进(jin)行“真实”火灾的数(shu)值模(mo)拟,得到火灾空间温(wen)度场变化过(guo)程,即火灾下框架火灾环境温(wen)度变化的全过(guo)程,为结构抗火 分析提供(gong)依据。

2)通过有限元(yuan)分析(xi)(xi)软件ANSYS结合(he)FDS空(kong)间温度(du)场分析(xi)(xi)结果,可以方便实现火灾下(xia)框架结构(gou)内部温度(du)场的(de)全过程(cheng)分析(xi)(xi)。

3)利用ANSYS可以对钢(gang)筋混凝土框(kuang)架结(jie)(jie)构(gou)(gou)进行热-结(jie)(jie)构(gou)(gou)耦合(he)全过(guo)(guo)程分(fen)(fen)析, 分(fen)(fen)析火灾(zai)下框(kuang)架结(jie)(jie)构(gou)(gou)火灾(zai)反应的全过(guo)(guo)程。分(fen)(fen)析结(jie)(jie)果显(xian)示高温(wen)下结(jie)(jie)构(gou)(gou)变(bian)(bian)形远大于常温(wen)下的变(bian)(bian)形;随着温(wen)度升(sheng)高,由(you)于温(wen)度应力和高温(wen)膨(peng)胀变(bian)(bian)形,结(jie)(jie)构(gou)(gou)内部应力随时间变(bian)(bian)化十分(fen)(fen)明显(xian);由(you)于火灾(zai)下结(jie)(jie)构(gou)(gou)内力重分(fen)(fen)布,严重影响(xiang)结(jie)(jie)构(gou)(gou)的承载(zai)能(neng)力,甚至导致与(yu)常温(wen)下明显(xian)不(bu)同(tong)的破坏机构(gou)(gou)。

4)由于计算机(ji)条(tiao)件限制,目前仅能(neng)进行(xing)高(gao)温下局部框架的(de)内部温度(du)和受力性能(neng)的(de)全过程分析,还不能(neng)对(dui)实际复(fu)杂(za)结(jie)构进行(xing)分析,有待进一步深化。

版权所有:北京渤东博土木工程有限公司
邮箱:
传真:
电话:400-610-6025 800-810-6025
地址:北京市朝阳区北苑东路19号院2号楼1206室(中国铁建广场C座)
ku体育备用网址 ku酷游网址是多少 ku游注册入口 酷游KU游官网