钢平面交错桁架抗火性能分析及软件开发

摘要

交错桁架体系是一种新型的钢结构承重体系，国内外对这种体系都进行了一定的理论分析，并且在国外已有了较多的工程应用，我国目前也正在积极推广该体系的应用。火灾是影响钢结构建筑整体安全性能的重要因素，如何考虑火灾下钢交错桁架体系的抗火性能及判别其极限抗火温度，对于推广该体系的应用至关重要，然而目前交错桁架抗火性能的研究尚处于起步阶段。本文依靠国家自然科学基金项目“钢结构交错桁架体系抗火性能研究”（项目号50706059）的支持，对平面钢交错桁架结构在火灾下的力学响应行为进行了研究，旨在为该体系的防火设计提供一定的依据。 本文主要完成了以下工作： （1）对交错桁架体系在整层受火时的可能受火模式进行了分类。 （2）针对交错桁架体系的结构特点，提出了一种基于ANSYS的简化热力耦合分析方法，并采用传统的ANSYS热力耦合分析方法对该简化方法进行了对比验证，结果表明该简化分析方法具有较好的精度，并能大大降低分析代价，适合批量分析。 （3）采用上述简化分析方法，首次对平面钢交错桁架结构在火灾高温下的弹塑性响应全过程进行了数值模拟分析，得到了结构从受火到破坏时的力学响应规律，并分析了各参数对其极限抗火温度的影响。 （4）对有侧向力作用时平面钢交错桁架结构火灾下的力学响应行为进行了分析，研究了侧向力对该结构抗火性能的影响，并讨论了不同侧向力作用下钢交错桁架体系的火灾响应行为。 （5）采用APDL语言和VB语言开发出了具有友好中文界面的钢交错桁架体系抗火分析软件FRASST1.0，提高了工作效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1选题背景及意义

1.1.1选题的背景

1.1.2选题的意义

1.2钢结构交错桁架体系的特点

1.2.1交错桁架体系的组成

1.2.2交错桁架结构体系的优点

1.3交错桁架体系抗火研究现状

1.3.1交错桁架体系抗火的研究现状

1.3.2钢结构抗火研究方法现状

1.4本文的主要工作

第2章 钢结构抗火反应分析方法

2.1前言

2.2高温下结构钢的热物理特性

2.2.1钢材的热传导系数λs

2.2.2钢材的比热cs

2.2.3热膨胀系数αs

2.2.4钢材的密度ρs

2.3高温下结构钢的力学性能

2.3.1屈服强度fy,T和弹性模量ET

2.3.2应力-应变关系

2.3.3高温下钢材的泊松比

2.4钢结构火灾反应分析方法

2.4.1 ANSYS热-结构耦合分析

2.4.2温度场分析

2.4.3结构非线性分析

2.5本文所采用的简化分析方法及验证

2.5.1简化分析方法

2.5.2对比验证

2.6本章小结

第3章 竖向荷载作用下平面钢交错桁架结构抗火行为弹塑性分析

3.1前言

3.2受火模式分析

3.2.1交错桁架桁架层受火(Afire模式)

3.2.2交错桁架敞开层受火(Bfire模式)

3.3数值模型

3.3.1有限元模型介绍

3.3.2材料模型及求解

3.3.3破效准则

3.4参考工况分析

3.4.1介绍

3.4.2温度场分析结果

3.4.3整体行为

3.4.4受火楼层的局部行为

3.5极限抗火温度影响因素分析

3.5.1不同受火模式对极限温度的影响

3.5.2不同受火楼层对极限温度的影响及分析

3.5.3不同荷载比对极限温度的影响及分析

3.6本章小结

第4章 侧向力作用下平面钢交错桁架火灾力学响应行为

4.1前言

4.2模型介绍和工况设置

4.2.1模型介绍

4.2.2工况设置

4.3结果分析

4.3.1结构的位移分析

4.3.2内力分析

4.3.3不同工况结果比较

4.4本章小结

第5章 钢交错桁架结构抗火分析软件二次开发

5.1前言

5.2二次开发的需求分析及软件实现方法

5.2.1需求分析

5.2.2系统实现方法

5.2.3开发环境及思路

5.3 APDL编写参数化命令流文件

5.3.1 APDL语言简介

5.3.2热分析参数化文件的编写

5.3.3结构分析参数化文件的编写

5.3.4后处理参数化文件的编写

5.4 VB界面开发及软件实现

5.4.1界面设计

5.4.2参数传递及生成ANSYS输入文件

5.4.3程序流程的控制

5.4.4 Visual Basic与ANSYS的调用接口

5.5软件应用

5.6本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2不足及今后的工作方向

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目