基于ANSYS的钢框架非线性抗火分析及防火涂料的应用

摘要

火灾是人类历史上最常见，最具破坏力的灾害之一。随着建筑历史车轮的不断推进，钢结构作为一种近代新兴的结构形式，具有轻质，高强，抗震性能好，施工维修周期短等一系列其他结构形式无法比拟的优点，现代都市林立的高楼大厦也是其不断发展的证明。 然而，这种蓬勃发展的结构体系也同样具有不耐火这个致命弱点，很多钢结构在保护不当的情况下造成结构局部甚至整体倒塌，对人们的生命和财产都造成了严重损失。 本文在结合了国内外钢结构抗火设计动态的基础上，根据经典传热学理论，利用ANSYS大型有限元分析软件，综合考虑材料非线性和几何非线性等因素，针对柳州市某机械厂一钢结构厂房发生火灾，进行ANSYS模拟分析，得出了整体钢框架在发生火灾时，不同时刻的温度分布云图，并且运用ANSYS的热一结构耦合功能，同时考虑结构荷载和温度因素，得出结构破坏时间及破坏时的应力应变云图，钢梁竖向挠度曲线。最后，还针对涂刷厚型钢结构防火涂料的工字钢进行温度场有限元分析，得出了相关温度分布并与前算例进行温度比较。 本文同时还对钢结构防火涂料的类型，防火机理及施工方法进行了详细分析，结合ANSYS的分析结果，得出了一些重要结论，对以后研究和实际工程都具价值。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1选题背景

1.2钢结构抗火设计的意义与目标

1.3钢结构抗火设计的方法与演变

1.5钢结构的火灾防治

1.5.1截流法

1.5.2疏导法

1.5.3防火涂料

1.4国内外抗火设计研究成果及现状

1.5本文的主要工作

第二章钢结构抗火分析基本理论

2.1火灾的基本常识

2.1.1火灾的概念及燃烧条件

2.1.2火灾的燃烧过程

2.1.3建筑火灾的扩散

2.1.4火灾荷载，燃烧速度及持续时间

2.2传热学基本理论

2.2.1温度场的分析

2.2.2热传递基本方式

2.2.3室内火灾升温曲线

2.3钢材的热物理特性和力学性能分析

第三章基于ANSYS的钢框架整体热-结构耦合分析

3.1 ANSYS简介

3.2 ANSYS的热分析

3.2.1稳态热分析

3.2.2瞬态热分析

3.3 ANSYS分析材料属性定义

3.3.1导热系数λs

3.3.2比热Cs

3.3.3泊松比Vs，热膨胀系数αs钢材密度ρs

3.4钢框架的整体热-结构耦合分析

3.4.1结构计算模型

3.4.2加载求解

3.4.3热-结构耦合分析

第四章钢结构防火涂料

4.1钢结构的主要防火保护技术

4.2钢结构防火涂料的发展

4.3钢结构防火涂料的使用前景及发展方向

4.4钢结构防火涂料的种类

4.4.1厚涂型钢结构防火涂料

4.4.2薄涂型钢结构防火涂料

4.4.3超薄型钢结构防火涂料

4.5钢结构防火涂料的防火隔热原理及技术要求

4.5.1膨胀型钢结构防火涂料的防火隔热原理

4.5.2非膨胀型防火涂料的防火隔热原理

4.5.3钢结构防火涂料性能测试方法与技术要求

4.6钢结构表面处理

4.6.1表面处理的重要性

4.6.2表面处理的对象

4.6.3钢构件表面处理的方法

4.7钢结构防火涂料的涂刷施工

4.7.1刷涂

4.7.2辊涂

4.7.3空气喷涂

4.7.4高压无气喷涂

4.8涂刷防火涂料的工字钢受火温度有限元分析[48]

4.8.1选择单元

4.8.2加载求解

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢