| 【中文题名】 | 火灾下钢框架梁的屈曲及柱的行为的研究 |
| 【英文题名】 | Research on the Beam Buckling and Column Behavior in Steel Frame under Fire |
| 【学科专业】 | 机械设计及理论 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-1 |
| 【中关键词】 | 钢结构,工字钢梁,局部屈曲,H型钢柱,耐火极限,应力重分布 |
| 【英关键词】 | steel structure,I-section girder,local buckling,H-section column,fire-resistance,redistributionofstress, |
| 【分类导航】 | 工业技术>建筑科学>建筑结构>金属结构>钢结构> |
| 【论文摘要】 |
耐火性能差是钢结构的一个致命弱点,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。若能通过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。
本文基于钢结构抗火设计中存在的一些问题,完成了以下工作:
1、采用有限单元法分析了火灾中受火梁的推力作用对于受火H型钢柱的耐火极限的影响;考虑了火灾中由于受火柱材料性能的改变以及内力变化在结构内造成应力重分布的影响,计算了柱在火灾中的轴力及弯矩的变化,并与基于计算的抗火设计方法得到的轴力弯矩计算结果进行了对比。
2、考虑静力荷载和温度应力的影响,采用有限元法对钢框架中的工字钢梁进行了特征值屈曲分析,判断其火灾下的失稳模态;在特征值屈曲分析的基础上,考虑材料非线性和几何非线性,对工字钢梁作了火荷载下的非线性屈曲计算,并比较了初始缺... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-6 |
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Abstract |
6-9 |
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第一章 绪论 |
9-16 |
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1.1 引言 |
9-11 |
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1.2 钢结构抗火设计研究的必要性 |
11-12 |
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1.3 建筑钢结构抗火设计研究的国内外研究动向 |
12-14 |
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1.4 本文研究的主要内容及意义 |
14-16 |
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第二章 高温下结构钢的特征和传热学的基本原理及热传导的的有限元法 |
16-31 |
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2.1 高温下结构钢的热工特性 |
16-19 |
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2.1.1 热传导系数 |
16-17 |
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2.1.2 钢的比热 |
17-18 |
|
2.1.3 结构钢的热膨胀系数 |
18-19 |
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2.1.4 结构钢的密度 |
19 |
|
2.2 高温下结构钢的力学性能 |
19-22 |
|
2.2.1 泊松比 |
19 |
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2.2.2 应力-应变关系 |
19-21 |
|
2.2.3 屈服极限 |
21-22 |
|
2.2.4 弹性模量 |
22 |
|
2.3 室内火灾升温曲线 |
22-23 |
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2.4 传热学基本原理 |
23-27 |
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2.4.1 热量传递的三种基本方式 |
23-26 |
|
2.4.2 导热问题的数学描述 |
26-27 |
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2.5 热传导分析的有限元法 |
27-31 |
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2.5.1 稳态热传导的有限单元法 |
27-29 |
|
2.5.2 瞬态热传导分析的有限单元法 |
29-31 |
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第三章 火灾下整体钢框架的极限状态分析 |
31-47 |
|
3.1 整体的分析 |
31-36 |
|
3.1.1 计算模型 |
31-34 |
|
3.1.2 施加的载荷 |
34-36 |
|
3.2 相连梁膨胀对柱的极限温度的影响 |
36-38 |
|
3.3 火灾下柱的内力分析 |
38-41 |
|
3.3.1 火灾下构件内力的传统计算方法 |
38-39 |
|
3.3.2 柱的轴力分析 |
39 |
|
3.3.3 柱的弯矩分析 |
39-41 |
|
3.4 柱的非线性屈曲分析 |
41-47 |
|
3.4.1 初始缺陷的确定准则 |
42-43 |
|
3.4.2 分析过程及结论 |
43-47 |
|
第四章 梁柱的屈曲模拟及分析 |
47-61 |
|
4.1 稳定问题分析方法 |
47-48 |
|
4.1.1 失稳的类型 |
47-48 |
|
4.1.2 结构稳定性分析原则 |
48 |
|
4.2 问题说明 |
48-53 |
|
4.2.1 轴向和扭转约束的梁 |
49-50 |
|
4.2.2 计算模型 |
50-53 |
|
4.3 特征值屈曲分析 |
53-55 |
|
4.3.1 特征值分析理论 |
53-54 |
|
4.3.2 分析结果 |
54-55 |
|
4.4 非线性屈曲分析 |
55-61 |
|
4.4.1 非线性屈曲分析理论及在ANSYS软件上的实施步骤 |
55-58 |
|
4.4.2 初始缺陷对极限温度和耐火时间的影响 |
58-59 |
|
4.4.3 载荷大小和端部约束对极限温度和耐火时间的影响 |
59-61 |
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第五章 试验 |
61-67 |
|
5.1 试验设备及试验数据分析 |
61-64 |
|
5.1.1 试验目的及试验设备 |
61-62 |
|
5.1.2 试验步骤 |
62-63 |
|
5.1.3 试验结果及分析 |
63-64 |
|
5.2 有限元模拟试验 |
64-65 |
|
5.3 小结 |
65-67 |
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第六章 结论 |
67-69 |
|
6.1 结论 |
67 |
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6.2 有待进一步研究的内容 |
67-69 |
|
参考文献 |
69-72 |
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研究生期间发表的论文及参加的课题 |
72-73 |
|
致谢 |
73-74 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.123657 |
