火灾下平面钢框架结构的抗火反应及有限元分析

"平面钢框架结构的抗火反应分析" 本文主要探讨了平面钢框架结构在火灾情况下的抗火反应，作者阳帆和周强通过详细的研究和分析，为钢结构建筑的抗火设计提供了理论依据。他们利用大型有限元分析软件ANSYS中的三维热力耦合单元，对一个具体实例——3层3跨的钢框架结构进行了综合分析。 首先，文章指出，钢结构在高温环境下，其力学性能显著降低，当温度达到500℃时，钢的屈服强度和弹性模量分别下降到常温状态的一半和60%左右，这可能导致结构的承载能力严重下降，甚至引发建筑的倒塌。因此，对火灾下钢框架结构的反应进行深入研究至关重要。 在研究方法上，作者采用有限元法进行热—结构耦合分析，这意味着他们同时考虑了温度变化对结构力学性能的影响以及结构变形对温度分布的反馈。计算模型为3层3跨的框架结构，具有特定的几何尺寸和荷载条件。其中，底层左端的一个单元被设定为发生火灾，并且按照预设的升温曲线模拟火势的发展。 火灾场景假设每个区间有防火墙隔开，这样可以防止火势蔓延，但受火单元内的构件会经历显著的温度升高。由于ANSYS的梁单元无法精确模拟截面的非均匀温度分布，作者可能需要通过其他手段来补偿这一不足，以更准确地模拟实际的结构响应。 通过这样的分析，作者能够得到结构的耐火时间、临界温度，以及在不同时间点的温度场和变形情况，这些数据对于评估和优化结构的抗火性能至关重要。此外，研究结果对于改进钢结构建筑的防火设计，制定更合理的安全策略，以及提升建筑物在火灾情况下的生存能力具有积极的指导意义。 关键词：平面钢框架；热-结构耦合；有限元分析；抗火设计；耐火时间 中图分类号：TU3 总结来说，这篇首发论文深入探讨了平面钢框架结构在火灾环境下的行为，采用先进的数值模拟工具，为钢结构建筑的抗火设计提供了新的研究视角和实用数据。这种研究对于提高建筑物的安全性和抵抗火灾的能力具有深远的实践价值。