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混凝土作为建筑领域应用最多的建筑材料,混凝土结构的抗火研究也是工程领域的热点问题之一。为此,国内外专家、学者已经和正在围绕这方面开展大量的实验研究工作。但结构抗火实验周期较长,且费用高昂。因此,需要发现新的研究方法。于是本文以混凝土框架结构作为研究对象,以求建立实用的抗火设计方法和火灾后结构的评估、处理方法为目标,采用通用有限元分析软件ANASYS模拟结构的真实受火环境,就混凝土框架结构防火问题的各个方面进行了分析和研究。主要内容有:
分析、归纳了混凝土框架结构的抗火研究应包括的几个方面的内容,并对各方面的主要内容进行了论述。
研究了钢筋、混凝土在高温下的力学性能,得到了钢筋混凝土材料的各力学性能随温度变化的规律。分析研究了混凝土的高温破坏机理,给出了混凝土高温后的力学性能。给出了受力筋和混凝土高温后力学性能的数学表达式。
描述了火灾的发生、发展和蔓延的过程,用数值方法分析了混凝土框架梁在火灾环境中的内部温度场,并与前人的实验研究成果进行了比较。
对混凝土框架结构在火灾环境中的变化进行了阐述。提出了混凝土框架结构火灾响应分析的基本假定,并采用有限元分析软件ANASYS对不同荷载工况下、不同混凝土强度等级、不同约束条件下的混凝土框架结构在荷载和高温共同作用下的响应进行了全过程分析,并对不同结构形式的框架结构进行了抗火分析。得到了火灾环境下结构的变形、内力及内力重分布变化的规律以及分析图。通过分析发现框架结构的端部约束、结构形式(跨数、层数)对于混凝土框架在火灾中的内力重分布具有较大的影响。分析了不同结构形式时,混凝土框架结构的破坏薄弱点的位置,从而推导得出框架结构受火破坏薄弱点的一般规律。
研究了混凝土框架梁在火灾高温下的承载力计算公式,分析了混凝土结构的实用抗火设计方法,并对抗火设计的构造要求进行了讨论。