火灾下结构抗连续倒塌的分析与研究

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钢结构作为一种蓬勃发展的结构体系,其优点有目共睹,但是耐火性能差是钢结构的一个致命缺点,钢材的强度、弹性模量等基本力学性能指标在高温下急剧下降。一旦发生火灾,钢结构建筑就可能发生严重的局部破坏,甚至引发结构过早地发生连续倒塌。结构连续倒塌是指结构因偶然荷载而造成结构局部破坏失效,继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏,最终导致相对于初始局部破坏过大范围的、不成比例的倒塌破坏。  本文将火灾下结构的分析分为火灾中钢结构的抗火分析和火灾后结构发生局部破坏后的抗连续倒塌分析。本文使用非线性有限单元分析软件ABAQUS对钢框架遭受火灾进行了全程的模拟分析。建立了钢框架在火灾条件下的传热模型,外力荷载和温度荷载共同作用下的受力模型,综合考虑材料非线性和几何非线性,对其进行不同位置柱受火时的抗火分析研究。同时建立了钢框架因火灾造成局部破坏后的的力学模型,对其遭受局部破坏后的整体结构的抗连续倒塌性能进行计算分析。  对于火灾中结构的抗火分析,首先,分析出不同模型在一小时内钢框架的截面温度分布情况;其次,综合考虑材料非线性和几何非线性,对钢框架模型进行高温下的失效分析。分析出不同模型的耐火极限、临界温度以及与受火构件相邻构件在火灾过程中的力学性能。  结构抗连续倒塌分析,是考虑到钢结构在发生火灾后可能发生局部破坏。对结构不同部位竖向承重构件失效后的剩余结构进行分析,根据构件失效准则和结构允许的破坏范围大小的规定,得出不同构件失效后结构的抗连续倒塌能力。
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