火災作用下鋼筋混凝土結構非線性分析.pdf

1、結構抗火是結構工程領域里的一個重要難題。鋼筋混凝土結構的抗火性能雖然優(yōu)于其它結構，但同樣面臨抗火問題研究。由于試驗設備和火災試驗本身極其昂貴，利用有限元計算軟件來模擬鋼筋混凝土構件及結構在火災中的非線性反應變得越來越重要。本文在系統(tǒng)分析和總結目前國內外火災工程研究概況的基礎上，對火災作用下鋼筋混凝土結構進行了非線性有限元分析。其主要內容分為以下幾個部分：
　　 1.歸納總結了國內外鋼筋和混凝土的高溫材料性能的研究成果，包括鋼筋、

2、混凝土的熱工性能參數及熱力學性能參數。二者的熱工性能參數和熱力學性能參數是研究高溫下鋼筋混凝土結構力學性能的重要前提。
　　 2.基于有限元-差分混合方法的數學模型，編制了鋼筋混凝土結構的內部溫度場分析程序，計算結果與現有的國內外試驗結果吻合較好。試驗和理論分析比較表明本文采用的理論和編制的程序是合理的。
　　 3.考慮到建模需要，簡要介紹了本構模型應滿足的基本力學原理。然后推導出鋼筋混凝土結構材料的高溫本構模型的基本公

3、式，給出了建立鋼筋和混凝土高溫本構模型應遵循的基本步驟。針對鋼筋和混凝土高溫彈塑性本構模型，基于后退歐拉法建立了彈性預測-塑性修正的數值求解方法，提高了等效塑性應變和塑性變形的計算效率。基于上述本構模型和數值算法，編制了相應的非線性分析程序，并對已有的試驗結果進行了數值模擬，驗證了本構模型和數值算法的有效性。
　　 4.給出了一種計算高溫下鋼筋混凝土偏壓構件極限承載力的簡化計算方法，計算中考慮了高溫下結構的材料性能、力學性能和穩(wěn)

4、定性退化以及側向撓度的影響。通過此方法能夠比較準確地計算出不同溫度下鋼筋混凝土偏壓構件的極限承載力，計算結果與試驗結果吻合較好。在此基礎上，以四面受火鋼筋混凝土方形柱為例，對極限承載力的各個影響因素進行了分析，得出配筋率、鋼筋屈服強度對極限承載力影響不大，而混凝土保護層厚度、混凝土受壓強度和截面尺寸則是影響極限承載力的主要因素。
　　 5.根據材料在不同溫度的本構模型，對考慮薄膜應力效應的鋼筋混凝土板的極限承載力進行了分析。通過

5、分析板塊中面的平衡方程及位移協(xié)調方程，建立了由板位移和Airy應力函數表示的兩個微分控制方程。基于能量原理，采用二重Fourier級數解推導了火災作用下樓板的位移、薄膜應力、應變以及板極限承載力的表達式。所得的計算結果與試驗結果吻合較好，同時為考慮薄膜效應時樓板的抗火設計提供了參考。
　　 6.推導出材料在大變形條件下的熱彈塑性本構模型，采用梁-柱單元劃分和荷載增量法對鋼筋混凝土連續(xù)梁的抗火性能進行了非線性分析。通過計算火災作用