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钢结构抗火分析与计算

作　者: 王小蓉
导　师: 王振清
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢结构抗火 耐火时间 保护层厚度 钢框架 热-应力耦合分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 372次
引　用: 3次
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内容摘要


钢结构具有自重轻，施工快，抗震性能好等优点，因而在现代建筑中得到了广泛的应用。然而，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就有可能发生严重的破坏甚至过早地整体倒塌。目前国内的钢结构抗火设计主要采用基于试验的构件抗火设计方法，这种方法很难模拟构件在整体结构中的荷载分布、大小以及端部约束情况的影响，而通过试验模拟的计算来确定钢结构的抗火极限承载力，则可以更加合理地确定钢结构的防火保护措施。因此，对基于计算的钢结构抗火设计方法进行深入的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文首先说明了火灾的危害，分析了建筑物的耐火等级以及结构构件与结构整体的耐火极限；研究了火灾下钢结构构件的升温，以及高温下钢结构的材料特性与力学性能。归纳了钢结构抗火设计的一般原则与方法，理论分析了局部火灾下钢结构构件的温度内力，然后按照传热学的原理，采用有限元法，对平面钢框架结构进行了热-结构耦合计算，研究了火灾下结构的薄弱环节，并研究了受火构件与非受火构件的相互影响，随着温度按照标准升温曲线升温得出了各个时刻结构的变形，从而更加真实地反映出结构的抗火性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外结构抗火设计研究概况  10-12
  1.3 钢结构抗火设计方法的研究概述  12-15
    1.3.1 钢结构抗火设计的方法  12-15
    1.3.2 国内外关于钢梁及钢框架的抗火设计方法  15
  1.4 本文研究的主要内容及主要工作  15-17
第2章 建筑物耐火等级和极限与钢结构防火方法  17-23
  2.1 建筑物耐火等级  17
  2.2 建筑结构构件耐火极限  17-18
  2.3 建筑整体结构耐火极限  18-19
  2.4 结构抗火设计的意义及钢结构防火的方法  19-22
    2.4.1 结构抗火设计的意义  19
    2.4.2 钢结构防火的保护措施  19-20
    2.4.3 用于施工的钢结构防火涂料  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 传热学基本原理及高温下钢结构的特性  23-38
  3.1 室内火灾升温曲线  23-26
    3.1.1 室内火灾的升温过程  23-24
    3.1.2 室内火灾的模拟化  24-25
    3.1.3 室内火灾的标准升温曲线  25-26
  3.2 传热学的基本理论知识  26-29
    3.2.1 温度场  26-27
    3.2.2 传热方式  27-29
  3.3 热传导分析的有限元法  29-31
    3.3.1 稳态传热  29-30
    3.3.2 瞬态传热  30-31
  3.4 高温下结构钢的物理特性  31-35
    3.4.1 钢的热膨胀系数α_s  31-32
    3.4.2 钢的比热c_s  32-34
    3.4.3 热传导系数λ_s  34
    3.4.4 钢的密度ρ_s  34-35
  3.5 高温下结构钢力学性能及相关参数  35-37
  3.6 本章小结  37-38
第4章 高温情况下钢结构的抗火设计  38-61
  4.1 火灾下钢构件升温实用计算方法  38-40
  4.2 火灾下钢结构的极限状态  40-42
    4.2.1 钢结构的极限状态  40-41
    4.2.2 结构抗火设计要求  41-42
    4.2.3 抗火设计的抗力取值及荷载效应组合  42
  4.3 局部构件温度内力的计算  42-48
    4.3.1 结构整体分析法  43-44
    4.3.2 单独构件的分析法  44-48
  4.4 钢结构构件抗火设计方法  48-58
    4.4.1 轴心受压钢构件抗火设计计算  48-52
    4.4.2 钢梁抗火设计和计算  52-54
    4.4.3 侧移失稳的验算  54-56
    4.4.4 偏心受压柱的抗火设计  56-58
  4.5 钢框架结构构件的抗火计算  58-59
    4.5.1 最不利构件的选取  58
    4.5.2 最不利火灾位置的确定  58
    4.5.3 框架梁的温度内力  58-59
    4.5.4 框架柱的抗火验算  59
  4.6 本章小结  59-61
第5章 钢结构的防火分析实例  61-79
  5.1 算例一  61-78
  5.2 本章小结  78-79
结论  79-81
  一、结论  79
  二、展望  79-81
参考文献  81-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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