钢结构火灾损伤识别及安全性鉴定研究

摘要

钢结构工程的耐火性差是其不容忽视一个缺点，各国学者对钢结构的抗火设计及防火措施进行了大量的研究，进一步提高了其应用程度，促进了钢结构建筑的发展。但是，对于火灾后钢结构的损伤识别及安全性鉴定评估的研究相对则较少。而大部分钢结构建筑在局部火灾或轻度火灾后并未发生倒塌破坏，通过一定修复加固可继续使用。因此，对于火灾后钢结构的损伤识别及安全鉴定评估的研究具有重要的现实意义。
　　有鉴于此，本文进行了有关钢框架火灾损伤识别的研究，并结合火灾后钢结构的安全性鉴定方法，初步得到了一些对于火灾后钢结构安全鉴定指导建议，并将其应用到实际工程中。本文研究的主要内容如下:
　　1)查阅了国内外相关文献资料及规范条文，对火灾后钢结构的安全性鉴定方法进行了一定研究，并指出了其中存在的不足之处，为后文的进一步研究奠定了基础。
　　2)基于ANSYS软件建立的一个单层单跨钢框架温度分析模型，并根据ISO-834标准升降温曲线设定了火灾升降温过程。分析了不同受火条件下（梁三面受火时，柱单面受火、整体受火及上部受火）结构的温度场分布情况，并得到火灾过程中单面受火钢柱、整体受火钢柱及三面受火钢梁截面不同部位温度发展规律，为火灾后钢构件承载能力损伤的研究提供一定的依据。
　　3)建立了一个三层三跨平面钢框架模型，分析了不同跨受火（边跨受火和中跨受火）以及不同受火方式（梁三面受火时，柱单面受火、整体受火及上部受火）下，结构的热力效应损伤机理及损伤规律，并进行了对比分析，对于火灾后钢结构的安全鉴定有一定的参考作用。
　　4)结合国家规范标准及本文部分研究结论，对某火灾后钢框架电脑商城的进行了科学合理的损伤评估及安全性鉴定，为今后类似工程的安全鉴定工作提供了一定参考。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．1．1 建筑火灾的损失

1．1．2 火灾对钢结构的危害

1．1．3 火灾后钢结构损伤识别及安全鉴定的意义

1．2 国内外相关研究现状

1．2．1 火灾高温下钢材的物理力学性能

1．2．2 火灾中空气温度场的研究

1．2．3 火灾高温冷却后钢结构材料性能

1．2．4 火灾后建筑结构安全鉴定的研究

1．3 国内外研究现状总结

1．4 本文研究的主要内容

2 火灾后钢结构安全鉴定方法

2．1 概述

2．2 可靠性鉴定方法的分类

2．1．1 传统经验法

2．2．2 实用鉴定法

2．2．3 概率鉴定法

2．3 火灾后钢结构的检测

2．3．1 概述

2．3．2 火灾中构件温度的判定

2．3．3 结构和构件变形的检测

2．3．4 高温后构件材料性能的检测

2．3．5 火灾后钢结构连接的检测

2．4 火灾后钢结构的鉴定

2．4．1 火灾后钢结构的损伤鉴定评级

2．4．2 火灾后钢结构安全鉴定中存在的不足

3 基于构件的温度场分析及承载能力损伤识别

3．1 概述

3．2 ANSYS热分析的基本理论

3．2．1 三种主要的热传递方式

3．2．2 基于ANSYS的热分析类型

3．3 热工参数的确定及模型的建立

3．3．1 钢材的热工参数

3．3．2 建筑结构火灾空气温度场模型

3．3．3 热分析模型的建立

3．4 热分析过程及结果

3．4．1 柱单面受火和梁三面受火时结构构件温度场分析

3．4．2 柱整体受火和梁三面受火时结构构件温度场分析

3．4．3 柱上部受火和梁三面受火时结构构件温度场分析

3．4．4 梁柱节点温度场分析

3．4．5 不同火灾情况钢构件截面温度梯度分析

3．5 火灾后钢构件承载能力损伤分析

4 基于热-力耦合作用的钢框架火灾损伤识别分析

4．1 概述

4．1．1 ANSYS的热-结构耦合分析

4．1．2 ANSYS结构分析单元的选用

4．1．3 ANSYS热-结构耦合本构关系模型

4．2 计算模型的建立

4．2．1 结构模型的建立

4．2．2 热-结构耦合分析相关参数

4．2．3 热-结构耦合分析步骤

4．3 热-结构耦合分析结果

4．3．1 局部受火时结构变形损伤分析

4．3．2 不同受火位置结构变形损伤对比

4．3．3 不同受火条件结构变形损伤对比

4．3．4 结构热-力耦合作用下节点应力分析

4．4 本章小结

5 某钢框架火灾后的安全鉴定

5．1 工程概况

5．2 结构火灾损伤鉴定

5．2．1 结构火灾损伤的初步调查

5．2．2 钢柱的损伤鉴定

5．2．3 钢梁的损伤鉴定

5．2．4 梁柱节点焊缝检测

5．2．5 结构整体变形的损伤鉴定

5．2．6 现状态下二层钢梁连接螺栓质量评价

5．3 检测鉴定结论及处理建议

5．3．1 结构检测鉴定结论

5．3．2 处理建议

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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