高强混凝土框架结构高温结构响应的非线性有限元分析

摘要

高强高性能混凝土（以下简称为高强混凝土）框架结构的火灾安全性是混凝土结构抗火研究的重点之一。开展高强混凝土框架结构的抗火分析，对于高强混凝土的推广应用具有重要的意义。本文开展了对火灾作用下多层多跨高强混凝土框架结构的有限元模拟分析，研究了不同工况下框架结构的变形和耐火极限，主要包括以下几个方面:
　　(1)首先应用文献申报道的单层单跨框架结构的火灾高温试验对本文用于框架结构分析的温度场有限元分析模块和结构响应非线性分析模块的有效性和可靠性进行了验证;
　　(2)通过对火灾下一层两跨钢筋混凝土框架结构进行考虑与不考虑楼板及填充墙两种工况的温度场模拟，得出了楼板和墙体对于结构升温的影响。通过对是否考虑楼板及墙体两种工况的高温结构响应分析，得出了楼板和墙体对于框架结构高温变形和耐火极限的影响，并提出在框架结构抗火分析中应该考虑楼板和墙体作用的建议;
　　(3)对于考虑楼板及墙体情况下的一层两跨框架结构进行单、双室受火分析，获得了两种受火工况下框架结构的变形特征和耐火极限，并对抗火分析和结构应加强的抗火部位提出了建议;
　　(4)通过对考虑楼板及墙体作用时两层三跨框架结构进行不同受火工况的结构非线性分析，获得了不同受火工况下结构的变形特征及耐火极限，并通过对比不同工况的耐火极限，得到了受火位置、受火面积等因素对于结构耐火极限的影响，为多层多跨框架结构的抗火设计提供了参考;
　　(5)在楼板和墙体存在的情况下，进行了考虑爆裂的一层两跨高强混凝土框架结构模拟分析，对比分析了不同的混凝土爆裂位置对结构变形和耐火极限的影响，对混凝土高温爆裂的不利位置进行了分析，并提出了加强建议。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 建筑结构火灾安全研究的重要性

1．2 国内外结构抗火研究综述

1．2．1 火灾发展过程研究

1．2．2 梁、柱构件抗火性能研究

1．2．3 钢筋混凝土框架结构抗火性能研究

1．3 研究现状分析与本文主要研究内容

2 高温下高强混凝土框架结构温度场有限元分析

2．1 温度场分析基本原理

2．1．1 热量的传递以及导热微分方程

2．1．2 初始条件和边界条件

2．1．3 温度场有限元解法

2．2 材料热工参数

2．2．1 混凝土热工参数

2．2．2 钢筋热工参数

2．3 框架结构温度场分析试验验证

2．3．1 试验情况及模型建立

2．3．2 温度场结果以及试验对比

2．4 多层多跨框架结构温度场分析

2．4．1 一层两跨框架结构温度场分析

2．4．2 二层三跨框架结构温度场分析

2．5 本章小结

3 框架结构高温结构响应分析

3．1 塑性损伤模型及耐火极限

3．1．1 混凝土塑性损伤模型

3．1．2 耐火极限

3．2 高温下材料的力学性能

3．2．1 高温下混凝土的力学性能

3．2．2 高温下钢筋的力学性能

3．3 框架结构高温结构响应分析试验验证

3．4 多层多跨框架结构高温结构响应分析

3．4．1 一层两跨框架结构高温结构响应分析

3．4．2 二层三跨框架结构高温结构响应分析

3．5 本章小结

4 考虑爆裂影响的框架结构高温结构响应分析

4．2 考虑混凝土高温爆裂的有限元分析

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

附录

索引

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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