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受火混凝土结构可靠性的数值模拟分析

作　者: 李彬
导　师: 宋志刚
学　校: 昆明理工大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 均匀试验设计响应面数值分析可靠度极限状态方程
分类号: TU311.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 22次
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内容摘要

随着我国城市建设的发展,各种超高层建筑、大跨度建筑不断涌现。这些新兴建筑一般都房间密度大,空间跨距大且结构复杂,机械及电气化程度高,在满足了城市发展和社会生产生活需要的同时,也极大地增加了建筑物发生火灾的几率和火灾求援难度。为了给火灾预防、消防救援以及灾后损失评估提供理论依据,探讨建筑物结构在发生火灾时其的结构可靠性问题具有十分重要的现实意义。已有的火灾下结构安全性的研究主要是基于工S0834标准升温曲线进行的。而ISO834标准升温曲线是一条理论曲线,不能完全反映可燃物数量、种类、分布和建筑通风条件对火灾的影响。其次,在进行可靠度分析时,一般没有极限状态方程,而采用直接蒙特卡罗模拟法分析时,则面临计算量次数巨大的问题。为了解决以上两个问题,本文通过火灾动力学模拟以准确地反映实际火灾现场情况,从而获得更能反映实际火灾条件的温度场分布,在此基础,采用基于均匀试验的响应面法计算可靠度,从而大幅度降低可靠度分析所需要的计算工作量。其基本思路是,采用均匀试验法对影响火灾的因素进行试验组配,获得分析样本；再用火灾发展与烟气流动软件CFAST进行样本运算,获得火灾温度场数据；然后以火灾温度场数据为边界条件,利用ANSYS软件和从混凝土力学性能试验中归纳出的数值分析法分别计算结构的内力和承载力；最后,以温度场内最高温度、火灾持续时间及结构的内力和承载力构建极限状态方程,求解结构承重构件在不同受火时间下的可靠度指标及失效概率。本文结合—混凝土结构进行了火灾中的可靠性分析。分析结果表明,采用上述解决方法在使计算量大大减少的前提下,较快捷地获得构件可靠度指标及失效概率。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-14
  1.1 火灾研究背景及进展  8-10
  1.2 存在的问题  10-11
  1.3 本论文拟解决的问题  11
  1.4 本论文技术路线  11-14
第二章钢筋及混凝土材料的受火性能  14-16
  2.1 钢筋受火后的力学性能情况  14
  2.2 混凝土受火后的力学性能情况  14-15
  2.3 影响钢筋及混凝土受火性能的因素  15
  2.4 小结  15-16
第三章相关软件和混凝土温度场数值分析方法的介绍  16-30
  3.1 烟气流动模拟软件CFAST的介绍  16-19
    3.1.1 区域模拟简介  16-17
    3.1.2 区域模拟控制方程  17-18
    3.1.3 区域模拟软件介绍  18-19
    3.1.4 火灾发展与烟气流动模拟软件CFAST的操作流程  19
  3.2 混凝土构件温度分布的数值分析  19-24
    3.2.1 正方形截面(H/B=1)中轴线上的温度分布  19-20
    3.2.2 方形截面(1  20
    3.2.3 方形截面(H/B≥2)中轴线上的温度分布  20-22
    3.2.4 全截面温度场  22
    3.2.5 其他受火形式下构件的截面温度场  22-24
  3.3 软件ANSYS的热分析介绍  24-28
  3.4 软件ANSYS热分析温度场和混凝土温度场数值分析小结  28-30
第四章基于均匀试验的可靠度方法  30-35
  4.1 引言  30
  4.2 均匀试验设计法  30-31
  4.3 响应面法  31
  4.4 构件失效概率的求解过程  31-35
第五章火灾温度场与结构耦合场的模拟算例  35-55
  5.1 均匀试验设计  36-43
  5.2 软件ANSYS温度场模拟  43-47
  5.3 软件ANSYS温度场转结构耦合场的模拟  47-55
第六章受火承重构件的承载力计算  55-65
  6.1 受火构件的温度场计算  55-58
    6.1.1 受火承重梁的温度场分布计算  56-57
    6.1.2 受火承重柱的温度场分布计算  57-58
  6.2 承载力计算的理论依据  58-61
  6.3 受火承重构件的计算结果列表  61-65
第七章构件安全性评估  65-72
  7.1 极限状态方程的实现过程  65-66
  7.2 极限状态方程意义  66-72
第八章可靠度指标及失效概率  72-80
  8.1 最高温度与火灾持续时间的均值和方差  72
  8.2 受火构件可靠度指标的实现过程  72-74
  8.3 特定火灾持续时间下的可靠度指标及失效概率  74-79
  8.4 分析小结  79-80
第九章结论  80-81
  9.1 结论  80
  9.2 有待解决的问题  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-86
附录:攻读硕士学位期间发表的论文  86

受火混凝土结构可靠性的数值模拟分析

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