火灾下平面钢框架结构的响应分析及防火保护研究

摘要

科技的发展日新月异，建筑材料的更新换代也是愈来愈快。从最早期用陶土建造房子，到后来的木结构建筑，竹结构建筑，砖结构建筑一直到现代的钢筋混凝土结构建筑，以及如今越来越火的钢结构建筑。
　　用钢做建筑材料有很多的便利和优势，钢结构可以在工厂里直接轧制成型，使建筑可以进行工业化生产，大大加速建筑的成型速度。钢作为建筑材料和其他的传统建筑材料相比，也具有非常明显的优势。钢的强度非常高，但自重相对较小，良好的延展性以及优秀的抗震性能都是其优点。但是钢材的缺点也是非常致命，钢材的耐火性能非常差。虽然钢材是一种难燃材料，但是在遭受火灾侵袭的时候，随着温度的升高，钢材的强度，屈服点等等性能参数都会发生非常大的折减，这也是钢材作为建筑材料，无法避开的短板以及其局限性。要想更好的利用钢材，其防火保护必须引起大家的重视。
　　本文利用有限元软件ANSYS对火灾状态下平面钢框架结构进行模拟分析，分别考虑单框架结构，三层三跨钢框架在边跨受火以及边跨和中跨同时受火三种不同的情况进行模拟和分析，得出他们的耐火极限以及极限温度。根据不同受火工况下的钢框架数据结果，对比分析了底层边跨受火和底层边跨和中跨同时受火，这两种不同的受火工况下，边柱翼缘的温度对比变化。分析梁中跨节点位移在边跨受火和中跨、边跨同时受火这两种不同受火方式下的，温度-位移曲线变化。根据模拟分析的结果，防火间的破坏都是以梁的挠度过大，超过了破坏限值而发生破坏。所以，我在钢结构温度变化最大的部分进行理想火保护模拟，分析做了防火保护的防火间梁升温速度以及极限温度和不做防火保护的防火间梁升温速度以及极限温度之间的差异。结果显而易见，通过防火保护，可以将受火间的钢结构构件的升温速度大大降低，最高温度也在可以接受的范围内。我对受火钢框架的薄弱部分钢梁进行了防火保护层的计算，计算出应用于钢梁上的防火保护层的理想厚度。同时我对国内外最新防火保护技术及防火保护材料进行收集和总结，希望能对未来钢结构防火保护研究提供一些有用的资料。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1、研究背景及研究意义

1．2、建筑火灾的控制和预防

1．3 研究现状

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容

1．4 本文研究的主要内容

第二章 钢材在高温下的材料性能

2．1 钢材的泊松比

2．2 钢材在高温下的热膨胀系数

2．3 比热容

2．4 钢材的导热系数

2．5 钢材的密度

2．6 钢材在火灾作用下的强度折减系数

2．7 高温下钢材的弹性模量

2．8 小结

第三章 ANSYS在火灾模拟中的应用

3．1 什么是有限单元法

3．2 有限单元法的形成与发展

3．3 ANSYS有限元简介

3．4 ANSYS在本文中的应用

3．4．1 bcam188单元

3．4．2 solid70单元

3．4．3 solid45单元

3．5 ANSYS收敛准则及设置非线性求解选项

3．6 小节

第四章 平面钢框架在火灾下的模拟反应分析

4．1 单层单跨钢框架在火灾下的模拟与分析

4．2 三层三跨钢框架边跨受火的模拟分析与分析

4．3 三层三跨刚框架边跨和中跨同时受火的模拟与分析

4．4 三层三跨钢框架底层边跨进行防火保护的模拟与分析

4．5 钢粱的防火保护层厚度计算

4．6 小节

第五章 钢结构的防火技术与保护措施

5．1 传统的钢结构防火设计方法

5．2 现代钢结构防火设计方法

5．3 钢结构的防火保护措施

5．4 防火原理

5．4．1 疏导法

5．4．2 截流法

5．5 钢结构防火保护新方向

5．5．1 新型防火板材保护技术浅析

5．5．2 新型防火板材保护法与防火涂料的比较

5．5．3 新型有机防火材料简介(改性酚醛树脂)

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况