鋼結(jié)構(gòu)抗火分析及其專家系統(tǒng)（ESSFF）編制.pdf

1、目前,鋼結(jié)構(gòu)抗火性能是國內(nèi)外學(xué)者研究的一個熱點(diǎn)課題.眾所周知,鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能較差,在火災(zāi)作用下很快便喪失承載能力.鋼結(jié)構(gòu)目前的抗火設(shè)計方法是以給定荷載下試件通過耐火試驗(yàn)測得的耐火時間為依據(jù)進(jìn)行的.這種方法常常不能反應(yīng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,且缺乏一定的理論依據(jù).該文主要目的是對鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計進(jìn)行一個整體的分析,開發(fā)出一套適用于鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的專家系統(tǒng)(ESSFF),并且,通過對比分析,得出一些關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的結(jié)論和建議.全文分為三大部分:

2、(1)過火前鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的研究;(2)過火后鋼結(jié)構(gòu)剩余承載力和加固修復(fù)設(shè)計的研究;(3)鋼結(jié)構(gòu)抗火專家系統(tǒng)(ESSFF)的開發(fā).該文在對國內(nèi)外一些已有的研究成果進(jìn)行對比分析之后,提出了火災(zāi)時的溫度場確定方法和構(gòu)件升溫模式,給出了相應(yīng)的計算流程.同時,對火災(zāi)高溫下鋼材的性能進(jìn)行了一定的對比分析,得出適用于鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的材性(屈服強(qiáng)度、彈性模量)計算模式,對過火冷卻后鋼材的性能也進(jìn)行了分析研究.為了能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)抗火設(shè)計進(jìn)行全面的分析,該

3、文以鋼框架為例,進(jìn)行了非線性有限元程序編制.在程序編制過程中,考慮了幾何非線性和材料非線性.采用廣義的Clough模型,建立了高溫下的單元切線剛度矩陣和剛度方程;基于Newton-Raphson迭代法,給出了非線性有限元方程的求解過程.基于該方法,作者獨(dú)立地編制了非線性有限元程序(PSFAF),并通過若干算例對該程序的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證.通過該程序,不僅可以計算出鋼框架在火災(zāi)高溫作用的某一時刻結(jié)構(gòu)內(nèi)各單元的內(nèi)力及位移.同時,還可以判斷出鋼

4、框架的抗火極限狀態(tài),并給出極限溫度.對過火后鋼結(jié)構(gòu),該文提出了幾種火災(zāi)現(xiàn)場勘察鑒定方法.結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,作者創(chuàng)新地給出了鋼結(jié)構(gòu)整體和構(gòu)件過火后的剩余承載力計算.同時,給出了適用于過火后鋼結(jié)構(gòu)整體剩余承載力計算的三種高精度單元:(1)軸力桿單元;(2)直梁單元;(3)曲梁單元,以及適用于軸心受壓、受彎、壓彎這三種鋼構(gòu)件過火后剩余承載力的計算公式.最后得出過火后鋼結(jié)構(gòu)的損傷等級評估和加固修復(fù)設(shè)計的建議與措施.在過火前鋼結(jié)構(gòu)抗火和過火后鋼

5、結(jié)構(gòu)加固修復(fù)分析的基礎(chǔ)之上,作者首次利用面向?qū)ο笫礁呒壵Z言Visual Basic開發(fā)了一套鋼結(jié)構(gòu)抗火專家系統(tǒng).該系統(tǒng)包含了從火災(zāi)時溫度場推斷到過火后鋼結(jié)構(gòu)加固修復(fù)設(shè)計等內(nèi)容,是一套比較全面的通用程序,具有良好的兼容性和開放性.隨著研究工作的深入,該專家系統(tǒng)將逐步地被廣大用戶接受和應(yīng)用.最后,通過對鋼結(jié)構(gòu)抗火的全面研究,該文給出一些鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的結(jié)論和建議.并且,作者首次建議中國的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法應(yīng)加快由過去的"被動抗火"設(shè)計方法向