考虑温度梯度的H型钢压弯柱抗火分析及钢结构防火措施研究

摘要

建筑钢结构防火主要包括从由建筑自身特点控制火灾蔓延和对钢结构的防火保护两部分。就此两部分，本文进行了如下资料收集及研究： (1)本文对由结构自身控制火灾蔓延的各种方法进行了简扼的介绍。 (2)本文对建筑钢结构的各种防火保护方法进行了一个系统完善的综述，并对各类防火方法的综合性能做出适当的评价，对防火材料的适用性也给出了若干建议。 (3)本文对钢结构防火板材的构造措施进行了较为深入的研究，对其包覆钢构件构造上的特点进行了归纳和总结，为当今我国防火板材的包覆钢结构的施工提供了较为全面的参考资料。 建筑钢结构的抗火问题主要是在结构防火的基础之上让防火问题更具有经济性，从而导致了“结构抗火设计”的孕育而生。 本文在前人对钢结构抗火研究的基础之上对H型钢柱的抗火进行如下研究：(1)应用ANSYS有限元程序，进行了H型钢柱火灾下的升温分析；计算了在ALC墙板围护体系下的防火涂料和防火板保护下的H型钢在ISO834标准升温曲线下的截面温度分布，引用了温度梯度的概念；(2)从理论上分析出温度梯度对压弯钢柱的高温下结构稳定产生不利影响的原因，应用有限元法计算出了截面温度梯度对压弯钢柱高温下的临界载荷比的影响程度。(3)在大量参数分析计算的基础上，提出了：1)与墙板连接的、有防火涂料保护的H型钢柱火灾作用下的截面温差实用计算公式；2)考虑截面有温度梯度情况下的H型钢柱的高温压弯临界载荷比实用计算公式。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1建筑结构防火和抗火设计概述

1.1.1火灾的危害

1.1.2防火设计目的和结构抗火设计的目标与意义

1.1.3结构抗火设计

1.2钢结构抗火研究状况

1.2.1国外钢结构抗火设计的进展

1.2.2国内钢结构抗火设计研究的进展

1.3本文研究背景和内容

1.3.1研究背景

1.3.2研究内容

第2章建筑钢结构防火

2.1建筑防火设计

2.1.1防火设计时间的确定

2.1.2控制火灾蔓延的措施

2.2建筑钢结构防火保护方法

2.2.1水喷淋法

2.2.2截流法

2.2.3输导法

2.2.4耐火钢材

2.2.5不同防火方法的综合性能比较与选用

第3章防火板材包覆构造措施的研究

3.1防火板材分类

3.2防火板材包覆构造特点

3.3防火板材包覆构造方式

3.3.1自身固定法

3.3.2龙骨辅助安装

3.3.3预焊件辅助安装

3.3.4防火薄板构造方式

3.3.5防火板材的异形包覆

3.3.6柱脚的防火包覆：

3.3.7钢结构节点的防火包覆

3.4防火板材施工注意事项

第4章墙板围护下的H型钢柱升温和温度场计算

4.1升温计算原理和简化计算方法

4.1.1受火空间的时间——温度关系曲线

4.1.2传热学基本原理

4.1.3有保护层钢构件截面升温简化计算方法

4.2墙板围护下的H型钢柱有限元温度场分析

4.2.1有限元分析基本原理

4.2.2材料的热工性能参数

4.2.3采用防火涂料时的有限元分析

4.2.4采用防火板材时的有限元分析

4.3 ANSYS有限元分析与《规程》计算结果对比

4.3.1《规程》计算方法

4.3.2两种方法计算结果对比

4.4各种参数对H型钢截面升温的影响

4.4.1 H型钢截面平均温度的影响因素

4.4.2各参数对截面温差的影响

第5章火灾下H型钢压弯柱承载力分析

5.1 ALC墙板与钢柱的连接

5.2《规程》中高温压弯钢柱极限承载力计算方法及其局限性

5.3 H型钢压弯柱失稳有限元分析

5.3.1有限元分析的基本假定

5.3.2 ANSYS分析中所选用单元

5.3.3钢材高温材料特性

5.3.4弯距绕H型钢强轴的平面内稳定计算

5.3.5弯距绕H型钢强轴的平面外稳定计算

5.3.6弯距绕H型钢弱轴的平面内稳定计算

5.4各参数对H型钢柱高温下的极限承载力的影响

5.4.1荷载偏心率e对极限载荷比修正系数的影响

5.4.2构件的长细比λ对极限载荷比修正系数的影响

5.4.3截面的平均温度Ts对极限载荷比修正系数的影响

5.4.4截面的温度梯度G对极限载荷比修正系数的影响

第6章考虑温度梯度的H型钢压弯柱抗火设计

6.1与ALC墙板连接的H型钢柱截面温度场计算公式

6.1.1构件截面平均温度计算公式

6.1.2构件截面温度梯度计算公式

6.2 H型钢压弯柱抗火计算公式

第7章结语

7.1总结

7.2需进一步研究的工作

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果