基于Monte-Carlo随机有限元的混凝土简支梁火灾可靠性研究

摘要

该文回顾了混凝土结构火灾研究的发展历程,指出研究混凝土结构火灾可靠性的必要性,总结了混凝土结构材料(钢筋、混凝土)的高温力学性能和热学性能,建立了结构截面温度场的有限元数值模拟方法,比较了不同升温时间截面温度场的变化和截面上各特征点的温升曲线.文中建立了混凝土简支梁在火灾作用下有限元计算模型,计算了梁的变形和承载力,考虑了不同保护层厚度对变形和承载力的影响.文中根据规范中要求的构件耐火极限的要求和常温下结构构件的极限状态方程建立了火灾状态下构件的极限状态方程,对火灾下构件的荷载组合进行了探讨,并引入了自然火灾下升温曲线与标准火灾试验条件下的升温曲线之间的等效曝火时间的计算公式.文中依据材料高温性能、几何尺寸和计算模式的统计规律并考虑了各随机变量在火灾下影响因素和离散性,确定了各输入随机变量的分布类型和参数,以—混凝土简支梁的火灾下的可靠性为计算实例,采用Monte-Carlo随机有限元法计算了不同截面最高温度、荷载工况、不同保护层厚度,混凝土梁的失效概率,分析了各影响因素对失效概率的影响.最后,建立了设计基准期内建筑物发生火灾和失效计算公式.

目录

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第一章前言

第一节背景分析

第二节课题的引入

第三节国内外的研究现状

1.3.1国外的研究进程

1.3.2 国内的研究进程

1.3.3结构构件火灾可靠性研究现状

第四节研究目的和内容

第二章混凝土和钢筋高温下的材料性能

第一节混凝土的高温性能

2.1.1混凝土的热物理学性能机理

2.1.2混凝土的热工参数

2.1.3混凝土的高温力学性能

第二节钢筋的高温性能

2.2.1钢筋的物理力学性能机理

2.2.2钢筋的热工参数

2.2.3钢筋的高温力学性能

第三节材料高温性能的不确定性

第三章混凝土梁的截面温度场和高温力学反应计算

第一节标准升温曲线

第二节温度场的有限元分析

3.2.1传热的物理机理

3.2.2定解条件

3.2.3温度场计算的基本假定

3.2.4热传导方程

第三节截面温度场的数值模拟

第四节结构-温度耦合场的分析计算

3.4.1温度场-结构场耦合及假定

3.4.2高温下混凝土简支梁有限元计算在ANSYS中的实现

第五节受火混凝土构件的计算实例(混凝土梁)

3.5.1变形的有限元模拟计算

3.5.2承载力的有限元模拟计算

第四章构件抗力和火灾作用的概率模型及极限状态方程

第一节几何参数的不确定性

第二节计算模型的不确定性

第三节火灾作用和荷载

4.3.1火灾持续时间内的永久荷载

4.3.2火灾持续时间内可变荷载的变化

4.3.3抗火设计中的荷载组合

4.3.4火灾荷载和等效升温时间的计算

第四节极限状态方程

4.4.1概论

4.4.2耐火设计和耐火极限

4.4.3火灾条件下的极随状态方程

第五章基于Monte-Carlo随机有限元的混凝土梁火灾可靠性分析

第一节蒙特罗随机有限单元法

5.1.1蒙特卡罗方法的原理(Monte Carlo Simulation)

5.1.2蒙特卡罗随机有限元法

5.1.3随机抽样数N的确定

第二节随机数的产生方法

5.2.1随机数的概念和要求

5.2.2伪随机数的算法

第三节MonteCarlo随机有限元计算受火混凝土梁的可靠度

5.3.1可靠指标与失效概率

5.3.2ANSYS中概率设计系统(PDS)计算简介

5.3.3各变量概率分布和参数的确定

5.3.4混凝土简支梁火灾可靠度计算实例

第四节设计基准期内混凝土梁的火灾可靠度

5.4.1建筑内发生火灾的的概率

5.4.2发生轰燃(发展到火灾)的概率

5.4.3设计基准期内建筑构件火灾失效概率的计算

第六章结论和建议

参考文献

致谢