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火灾下多层多跨石化管廊倒塌全过程仿真模拟分析

作　者: 张旭
导　师: 高建岭；白玉星
学　校: 北方工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 多层多跨钢框架结构烃类火灾全过程倒塌模拟火灾下稳定分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 76次
引　用: 1次
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内容摘要

众所周知,普通非耐火钢构件的耐火性能较差,而石化行业中的原料及产品的热释放值又普遍较高,这些因素为石化行业钢结构抗火设计带来了诸多难题。近年来,石化行业的安全事故频发,关于石化行业钢结构抗火设计研究已越来越受到各个国家和地区的重视。在此形势之下,受中国兵器集团辽宁华锦乙烯集团有限责任公司的委托,本课题着重分析了其多层多跨石化乙烯钢结构管廊的整体耐火性能。石化乙烯钢结构管廊作为辽宁华锦乙烯集团改扩建工程的重要子项,担负着乙烯原料及产品的运输任务,由于乙烯等烃类原料的易燃、易爆特性,以及石化管廊结构的建筑材料又全部是钢材,可能诱发的火灾对整体结构的安全威胁不言而喻。本课题基于实际工程,从研究角度出发,采用塑性极限分析理论和高温(火灾)下钢构件稳定验算分析理论相结合的方法,对多层多跨石化乙烯钢结构管廊进行了整体耐火性能分析,模拟其在高温(火灾)下倒塌破坏的全过程。该方法计算量较小,且结果准确度较高,能够考虑温度变化与支承条件对构件的作用,能够从整体角度分析火灾下结构的反应,能够计算火灾下结构实时的位移、内力并跟踪结构形式的变化,能够确定钢框架结构塑性铰出现的顺序及位置,最终确定结构所能承受的极限温度。在实际分析中,本课题考虑到了以下几个方面:1.高温(火灾)下,结构钢材料屈服强度的降低,即材料的软化:2.高温(火灾)下,结构钢材料弹性模量的降低,即截面的弱化:3.高温(火灾)下,截面屈服形成塑性铰后结构整体性能的改变,即结构的变化:4.高温(火灾)下,钢结构整体稳定性能的研究。最后,编制适用于多层多跨石化乙烯钢结构管廊火灾下全过程模拟分析的程序(采用Fortran语言编写),对工程实例进行分析,并使用大型通用有限元软件ANSYS进行分析以校核自编程序算法的正确性、真实性。本文参与了辽宁华锦乙烯改扩建管廊钢框架结构火灾风险评估与设计的相关分析,给出了具体的优化分析结果.

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
1 绪论  11-22
  1.1 研究的背景与意义  11-14
  1.2 钢结构防火设计方法的发展  14-17
    1.2.1 基于试验的构件防火设计方法  15
    1.2.2 基于计算的构件防火设计方法  15-16
    1.2.3 基于计算的结构防火设计方法  16
    1.2.4 性能化的结构防火设计方法  16-17
  1.3 国内外钢结构防火研究成果及现状  17-19
  1.4 本论文的主要研究工作  19-22
    1.4.1 本文的研究方法:  20
    1.4.2 本文的主要研究内容:  20-22
2 石化钢框架管廊结构的概况及防火分析理论  22-43
  2.1 辽宁华锦化工集团的简单介绍  22-37
    2.1.1 石化企业的钢框架管廊结构的特点及面临的安全隐患  22-27
    2.1.2 钢结构的耐火特性  27-28
    2.1.3 石化企业钢构件的防火要求  28-29
    2.1.4 钢结构防火保护措施  29-34
    2.1.5 处方法防火设计  34-35
    2.1.6 性能化防火设计  35-37
  2.2 结构塑性极限理论概述  37-39
    2.2.1 结构的塑性极限理论的研究内容  37-38
    2.2.2 塑性极限理论的条件设置  38
    2.2.3 结构的塑性极限理论的基本假设和概念  38-39
  2.3 钢结构材料的本构关系模型  39-42
  2.4 塑性极限理论在钢结构破坏中的应用  42-43
3 增量变刚度法模拟火灾下石化管廊倒塌破坏的全过程  43-61
  3.1 火灾模型、标准升温曲线与钢结构的材料特性  43-56
    3.1.1 火灾模型及标准升温曲线  43-48
    3.1.2 钢结构的材料特性  48-56
  3.2 增量变刚度法防火分析的基本假定  56
  3.3 火灾下结构内力计算及温度等效荷载的转化  56-58
  3.4 增量变刚度法在钢构件防火验算中的极限判定  58-61
    3.4.1 塑性铰出现的判定依据  58-60
    3.4.2 防火极限状态的判别  60-61
4 火灾下钢结构温度应力及稳定问题的引入  61-76
  4.1 火灾下钢结构框架梁的平面内的稳定  63-71
  4.2 火灾下钢结构框架梁的平面外的稳定  71-74
  4.3 火灾下钢结构框架柱的平面内的稳定  74-75
  4.4 火灾下钢结构框架柱的平面外的稳定  75-76
5 多层多跨石化管廊防火计算程序设计  76-81
  5.1 程序设计的基础与基本标识符  76-77
  5.2 结构防火分析步骤及程序流程图  77-81
6 多层多跨石化管廊防火分析实例  81-107
  6.1 计算模型  81-82
  6.2 实例计算分析  82-100
    6.2.1 计算实例模型及温度场简图  82-86
    6.2.2 构件计算长度简图  86-89
    6.2.3 温度场对应应力比简图  89-100
  6.3 有限元软件分析补充  100-107
    6.3.1 温度场下内力分析结果  102-105
    6.3.2 ANSYS分析塑性应变云图  105-107
7 结论  107-108
参考文献  108-112
附录多层多跨钢结构石化管廊倒塌全过程分析计算程序  112-177
在学研究成果  177-178
致谢  178

火灾下多层多跨石化管廊倒塌全过程仿真模拟分析

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