基于ANSYS的混凝土組合塑料模盒空心網梁樓蓋火災行為分析.pdf

1、在我國多層、高層乃至超高層鋼筋混凝土結構已廣泛應用于各類工業(yè)與民用建筑中，但目前滿足公共消防安全的基礎建設跟不上社會的發(fā)展步伐，對結構的抗火設計仍處于構件層次，缺少理論基礎。因此，開展足尺四邊簡支鋼筋混凝土組合塑料模盒空心網梁樓蓋的抗火性能試驗分析，將有助于建立一套科學、可靠的設計方法，同時也會有助于火災后建筑結構的修復與加固。
　　本文利用ANSYS軟件對組合塑料模盒鋼筋混凝土空心樓蓋火災試驗進行了數值模擬，將數值分析結果與真實

2、火災試驗結果進行對比分析，驗證分析結果的可靠性，主要內容有:
　　1、通過三維熱實體單元SOLID70，模擬組合塑料模盒鋼筋混凝土空心樓蓋在ISO834標準升溫曲線作用下溫度場的變化。為便于比較分析，升溫的受熱面通過擬合溫度曲線，用溫度自由度約束定義節(jié)點溫度，給出了模盒空心樓蓋的整體溫度分布云圖、截面分布云圖及沿肋梁截面方向不同高度處的溫度-時間曲線。最后選擇與試驗一致的關鍵時刻進行比較分析;
　　2、將溫度結果施加到結構單

3、元上，分析模盒空心樓蓋在溫度場和均布荷載共同作用下的變形，給出了樓蓋平面外位移分布云圖、板中心處位移-時間曲線及板跨1/4處位移-時間曲線。最后選擇與試驗一致的關鍵時刻進行比較分析;
　　3、采用包絡思維，將部分受損的底板單元完全殺死，分析其在底板完全失效情況下的空心樓蓋整體平面外變形，給出了平面外的位移-時間曲線，便于實際設計時進行保守分析;
　　通過以上工作，主要得到以下結論:
　　1)利用三維熱實體單元SOLID

4、70，可以模擬分析火災下混凝土組合塑料模盒的溫度場分布情況。通過肋梁截面不同高度處溫度—時間曲線的試驗與模擬數值比對分析，模擬曲線與試驗數據曲線形狀及趨勢基本吻合。稍有偏差的原因考慮有兩方面的影響:一是與有限元模擬計算本身有關，對空間上的連續(xù)性進行網格剖分會降低其計算的溫度值結果。二是分析中忽略了混凝土內水分的蒸發(fā)損失熱量，材料的熱工參數、力學參數與試件真實數值存在差別及未被燒穿塑料模盒對溫度場的影響。綜合計算誤差，認為在目前計算機能力

5、所限下的網格剖分細度所計算出的溫度場結果滿足要求。
　　(2)從樓蓋截面溫度分布云圖及溫度-時間曲線分析，鋼筋混凝土樓蓋受火時溫度梯度現象十分明顯。因溫度應力的存在，使樓板的上部因拉應力的存在而出現裂縫。
　　(3)通過對撓度—時間曲線進行分析可以得出:受高溫下結構構件彈性模量、屈服強度等動態(tài)變化因素影響，火災對樓蓋內力重分布和結構變形影響十分明顯，遠遠超出相關結構設計規(guī)范中1/200跨度的正常適用范圍。而通過與底板部分單元

6、殺死后的豎向位移值對比，則顯示出組合塑料模盒較密肋梁樓蓋在抵抗高溫（火災）撓度變形的優(yōu)勢。
　　在本文的模型分析中，是基于混凝土各向同性基礎上進行的，且未考慮因鋼筋混凝土本身材料的各向差異性，因此與真實結果間存在一定的差異。同時在內部鋼筋的模擬中，采用作為附加彌散鋼筋的整體式方法，且未考慮鋼筋與混凝土之間的粘結-滑移影響。整體式方法分析結果與試驗值間存在的誤差今后可以從分離式模型中進一步優(yōu)化，鋼筋與混凝土單元分別建模，采用單元節(jié)點

7、共享，在應力分析中解決好收斂性的問題，雖計算量有所增加，卻可以直觀獲得鋼筋應力，進一步提高計算精度。
　　由于輕質混凝土具有在500℃以下抗壓強度基本沒有變化的特點，在今后的空心樓蓋抗火試驗研究中，建議在樓蓋中采用輕質混凝土代替普通混凝土，使結構減輕自重，利于抗震，同時具備良好的抗火性能，以發(fā)揮更大的經濟社會效益。今后可開展輕質混凝土的火災行為分析，將其溫度場及撓度變形與普通混凝土之間進行分析。同時可考慮針對有特殊防火需求的建筑空