钢结构框架在火灾下仿真模拟研究及失效分析

摘要

钢材作为现代建筑的新材料，在高层建筑钢结构、大跨度空间钢结构、轻钢结构等当今现代建筑工程中有广泛应用及发展前景。钢材虽为非燃烧材料，但钢材不耐火。钢材在400℃时强度仅为常温下一半左右，而温度上升到600℃时，钢材基本丧失强度和刚度。本文介绍了钢结构的火灾危险性、以及特点，钢结构的耐火性能，指出钢结构防火保护的重要性及目前现有的几种钢结构防火保护方法，并着重介绍了防火涂料对钢结构的防火保护，提出了防火设计的目标和一些防火设计的方法。在本文中重点介绍了几个钢结构火灾案例，分析了其中原因，耐火燃烧时间。钢结构在火灾下弹性模量会急剧下降，导致结构的承载力下降，钢结构防火不仅仅只能靠防火涂料，自身的防火结构设计也是非常重要的。本文还讨论了钢材在高温下的应力屈服强度、应力变化，并对整体和部分设计方法进行了概述。介绍了对比当今国内防火材料与国外存在的差距并对此做出了一些措施。　　本文总共分为六章，分别对建筑火灾的特点，钢材在火灾下的力学性能改变，如何采用抗火设计方法和有效的手段去解决问题，并建立了两层两跨的模型用ANSYS有限元软件仿真模拟分析钢结构在火灾下的燃烧特点。其特点主要分为以下几点：　　（1）在不同温度下钢框架的应力-应变、弹性模量、位移等变化。　　（2）观察高温下结构最先受到破坏的部位，这些都是今后抗火设计中注重的地方。　　（3）将仿真模拟分析所得数据和今后实验所比较，为以后防火设计提供帮助。　　快速升温在火灾下是一种非常危险的情况，由于目前学校的仪器还没有完善，用ANSYS软件代替实验对某一榀框架进行模拟研究，并对其燃烧特点进行分析。在三种传热方式的影响下，考虑到材料的非线性变化对框架在不同温度下应力-应变情况，和位移变形进行了分析。并根据这些数据分析总结了一些个人观点。

目录