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组合楼板在防火措施下的抗火能力非线性有限元分析.pdf

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、硕士学位论文’组合楼板在防火措施下的抗火能力非线性有限元分析学位论文答辩日期指导教师签字答辩委员会成员签字矽户年12月J4日一一’ 夜日乏舟、[I●■,青岛理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得青岛理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名赶馘 日 期狻垒华青岛理工大学学位论文使用授权声明青岛理工大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、CDMD和DMD有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布包括刊登论文的全部或部分内容。论文的公布包括刊登授权青岛理工大学研究生处办理。研究生签名 邀导师签名 日期冲,.M。矿磊爹”㈠,艮i}。0。卜n.k.,∥,bj}3\青岛理工大学工学硕士学位论文目 录摘 要IA}’{;1【】’£I.‘;t···················································III第1章绪论·11.1压型钢板混凝土组合楼板简介l1.2火灾的危害及抗火的意义”31.2.1火灾的危害”31.2.2抗火设计的意义51.3国内外组合楼板抗火及防火研究现状51 3.1国内外组合楼板抗火研究现状·51.3.2组合楼板防火措施研究现状61.4本文研究工作“71.4.1研究目的”71.4.2研究内容-7第2章有限元理论基础及ANSYS热分析原理92.1有限元分析方法的发展92.1.1有限元法简介92.2ANSYS的简介·112.3ANSYS热分析理论ll2.3.1ANSYS热分析简介1l2.3.2ANSYS耦合场分析·122.4热分析经典理论132.4.1三种基本热传递方式”142.4.2导热微分方程·15第3章组合楼板中与热分析有关的热物理性能参数183.1弓I言1 83.2高温下钢的热物理特性18. 3.2.1高温下钢的热传导系数·183.2.2钢的比热o·l 93.2.3钢的密度203.2.4钢的热膨胀系数和泊松比203.3高温下混凝土的热物理特性213.3.1混凝土的热传导系数·2l3.3.2混凝土的比热”233.3.3混凝土的密度·243.3.4混凝土的热膨胀系数和泊松比243.4高温下钢的力学性能·253.4.1钢的屈服强度·253.4.2钢的弹性模量.273.4.3钢的应力.应变关系·”273.5高温下混凝土的力学性能28青岛理工大学工学硕士学位论文3.5.1混凝土的抗压强度和抗拉强度“293.5.2混凝土的应力.应变关系·303.5.3混凝土的弹性模量~3 l3.6防火涂料·3l3.6.1防火涂料的阻燃原理·3l3.6.2厚型防火涂料·323.6.3薄涂型防火涂料·323.6.4超薄型防火涂料”333.6.5防火涂料的热工性能·33第4章组合楼板瞬态温度场的非线性有限元分析344.1弓I言344.1.1温度场及边界条件、初始条件“344.2室内火灾升温曲线”354.3组合楼板连续板火灾试验概述374.3.1试验材料概述·374.3.2连续板的设计384.3.3试验方案...·394.3.4试验结果与结论”394.4组合楼板瞬态温度场有限元分析404.4.1模拟温度场所用单元简介【57】...-404.4.2组合楼板有限元分析假定·424.5温度场分析模型的建立434.6组合板的瞬态温度场模拟44第5章组合楼板的抗火性能分析555.1引言“555.1.1火灾下的结构的极限状态·555.2热.应力耦合分析所使用单元简介【57】j一555.3组合楼板连续板抗火性能有限元分析·585.3.1中跨受火90分钟585.3.2边跨受火90分钟6l5.3.3边中两跨同时受火90分钟625.3.4先边跨受火后边中两跨同时受火”64第6章结论与展望·676.1结论“676.2展望67参考文献”69攻读硕士学位期间发表的学术论文73致谢75II青岛理工大学工学硕士学位论文摘 要火灾产生的高温可使建筑物严重破坏甚至倒塌,为了保证建筑结构具有足够的抗火能力,必须进行结构及构件的抗火分析。近年来,压型钢板.混凝土组合楼板在高层建筑中得到了较大的发展和广泛的应用,压型钢板.混凝土组合楼板是一种十分合理的结构形式,能充分发挥两种不同材料的受力性能,施工速度快,延性好,抗震性能优越。目前我国高层建筑中的组合楼板,较多采用板内按结构受力情况另外配筋的形式,这种设计方法没有充分发挥材料的性能,其最主要的原因是缺乏对压型钢板.混凝土组合楼板抗火性能的研究。目前国内还没有制订该类结构防火及耐火设计的规定,不能适应建设工程发展的需要,因此,深入地研究组合楼板的抗火性能及耐火设计方法具有重要的理论价值和实用意义。本文利用大型有限元分析软件ANSYS进行模拟分析,具体工作如下首先,本文分析了高温下压型钢板一混凝土组合楼板中结构钢和混凝土的材料特性,确立了高温下组成组合楼板的结构钢和混凝土的热工参数和热.力本构关系模型。其次,研究了火灾下压型钢板.混凝土组合楼板在防火涂料保护下的温度场。应用ANSYS软件,通过IS0834国际升温曲线模型模拟火灾时室内升温情况,并将此随时间变化的温度荷载施加给加涂料的组合楼板,分不同的加载工况情况分别模拟,得出不同工况下组合楼板在不同时刻的温度场,并取其中一种工况模式,绘制特殊部位测点的时间一温度曲线,与板直接受火时的温度场相对比,验证防火涂料的保护作用。最后,文章研究了压型钢板.混凝土组合楼板连续板的抗火性能。利用ANSYS热.力耦合分析方法,分别将不同工况下温度场分析的结果导入结构分析中,分析不同工况火灾下连续板随温度升高时力学反应。并分析压型钢板.混凝土组合楼板作为连续板时的抗火优势,提出压型钢板.混凝土组合楼板在火灾危害时的有效防火措施。关键词压型钢板.混凝土组合楼板连续板;防火涂料;温度场;抗火性能;非线性有限元分析青岛理工大学工学硕士学位论文AbstractHigh temperatllrc caused by商re may d锄age tlle building seVerely,eVcn make itcoll印se. 111 order to make sllrc mat the building has enou曲丘re resistance capacity,me fireresistallce of也e building stmctIlres must be孤alyzed.hl recent years,pr06led steel shee血gconcrete composite deck slab has beell deVdoped锄d widely印plied in eIl百neenng 6eld, Stecl composite slab, 弱a Ve巧reasonable咖曲肛.ewherc steel and concrcte at甜a1 sn伽gm are completely utilized,has quick con咖ction,goodduCtil时a11d hi曲er趾ti-eanhqual【e c印acity.At tlle present time,special metllod is still锄biguous in嘶terion, aIld it also call’t meet the necd of en西neeringdeVel叩ment.Therefore,a morough study of fire resistaIlce and f11.e resistance design memodof composite sl矗b haus咎‘eat theoretical Value and practical significance.Firstly in this p印er analyzes the the咖a1 and mechaIlical prop硎es of nomal concrete锄d stnlctural steel at eleVated teIllperatllres for composite slab arc presentcd.The nlennalproperties and me s仃ess-s仃ain relations of steel and concrete in composite slab under hi曲temperature are detemined.Sccondl弘a11alysis of teIIlperatllre distribution of composite slabs in fire u11der fircprotection of fire insulation.The ANSYS so胁are is used to analyzed the t锄peran】redistribution缸composite slab 11Ilder IS0834 fire.Thell,based on也e the姗al tr趾smission,the 6reresistance behaviors of steel deck一∞ncrcte composites continuous slab is simulatedunder follr jEire situ撕ons,‰“is protected by商∞illsul撕on. Draw也e tim-e.t鼬peramrecurve for也e key point,and then tcstijfies the Validity and reliability of model mroughComparing wim me Valuc of the steel composite slab iIl nle fire directly.Ⅵ抽匆the e髓Ct offire insulation..At last,the firc-resistance perfbmaIlce of stecl sheetingconcrete composite deck slabs isstudied,baSed on the tllennal仃ansmission,and tlle result of t伽叩era_cure jEield w弱iIl咖ducedin幻tlle stllJcture program by using tlle coupling prog阳m ofANSYS, t11e effect on me血’eresistance of composite slabs haS been disCussed m di仃ereIlt矗re situations.Analyze theadvalltages of me Composite slabs嬲co州nuous plates缸e resistallce,and propose t11efil.cresistence meausures for tlle composite sl abs in缸re.Ⅲ
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