双层球面网壳结构整体抗火性能的数值研究

论文摘要

作为一种广泛应用的大空间结构形式,网壳结构在火灾下的安全性是必须要研究的问题。普通室内火灾的温度场并不适用于网壳等大空间建筑。目前结构的抗火性能研究也主要采用构件的抗火分析与设计。对于网壳结构,温度的升高将导致钢材的材料性能变化,热膨胀作用引起约束构件的附加温度应力的产生,因此这种方法很难模拟火灾发生时整体结构的全过程反应。本文针对网壳结构抗火研究存在的一些问题,首先以老山自行车馆为研究对象,根据场馆的结构特点设计了两个火灾场景,根据室内火灾的烟气分布规律,划分网壳结构的温度区域,基于美国于2002年研发的FDS火灾模拟计算机程序进行数值模拟分析;其次编制程序,验算重要参数对于无保护层网壳结构升温的影响,计算网壳结构构件在各个区域的内部温度值;最后,利用有限元程序ANSYS,以无保护层的网壳结构为研究对象,根据网壳结构的实际破坏特点,分析其在火灾荷载作用下的反应过程,得到结构的临界温度,考虑各个参数对临界温度的影响。验算实际网壳结构在非均匀温度场下的安全性,并找出需要进行防火保护的关键杆件。根据有利与不利因素,进行老山自行车馆网壳结构的安全性评价。在实际火灾场景下空气温度在火源范围内的较高,且与周围存在有较大的温度梯度;系数F/V越大,结构构件的温度越高;荷载比与温度分布不均匀系数越大,结构的临界温度越低。火灾场景Ⅰ中,高温区域内6根杆件发生了局部破坏,但并未导致结构的整体破坏,因此这6根杆件需要喷涂防火涂料。火灾场景Ⅱ,温度应力未引起杆件的破坏。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 现存问题
• 1.4 论文主要内容
• 第二章 温度场分析
• 2.1 大空间建筑火灾
• 2.1.1 大空间建筑火灾特点
• 2.1.2 火灾烟气的发展
• 2.1.3 烟气羽流类型
• 2.1.4 火源
• 2.2 大空间建筑的火灾温度场分析
• 2.2.1 场模拟原理
• 2.2.2 工程介绍
• 2.2.3 火灾场景设计
• 2.2.4 火灾场景模拟
• 第三章 网壳结构升温计算
• 3.1 传热学基本原理
• 3.1.1 单值条件
• 3.1.2 钢构件升温
• 3.2 网壳构件升温计算
• 3.2.1 计算方法
• 3.2.2 火焰辐射的影响
• 3.2.3 钢构件升温计算
• 第四章 网壳结构抗火反应全程分析
• 4.1 高温下的结构钢性能
• 4.1.1 高温下结构钢的热工性能
• 4.1.2 高温下结构钢的力学性能
• 4.2 网壳结构的抗火反应分析
• 4.2.1 计算方法
• 4.2.2 基本假定
• 4.2.3 均匀温度场下网壳结构抗火反应全过程分析
• 4.2.4 荷载比对杆件临界温度的影响
• 4.2.5 非均匀温度场下双层网壳的抗火反应分析
• 4.2.6 温度非均匀性对于网壳临界温度的影响
• 第五章 结论及展望
• 5.1 安全性评价及结论
• 5.1.1 温度场分析
• 5.1.2 网壳构件导热分析
• 5.1.3 网壳结构抗火分析
• 5.2 前景
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢