基于ANSYS的混凝土組合塑料模盒空心網(wǎng)梁樓蓋火災(zāi)行為分析.pdf

1、在我國(guó)多層、高層乃至超高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)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(chǔ)建設(shè)跟不上社會(huì)的發(fā)展步伐，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)仍處于構(gòu)件層次，缺少理論基礎(chǔ)。因此，開展足尺四邊簡(jiǎn)支鋼筋混凝土組合塑料模盒空心網(wǎng)梁樓蓋的抗火性能試驗(yàn)分析，將有助于建立一套科學(xué)、可靠的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也會(huì)有助于火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)的修復(fù)與加固。
　　本文利用ANSYS軟件對(duì)組合塑料模盒鋼筋混凝土空心樓蓋火災(zāi)試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，將數(shù)值分析結(jié)果與真實(shí)

2、火災(zāi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證分析結(jié)果的可靠性，主要內(nèi)容有:
　　1、通過三維熱實(shí)體單元SOLID70，模擬組合塑料模盒鋼筋混凝土空心樓蓋在ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線作用下溫度場(chǎng)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(diǎn)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(shí)間曲線。最后選擇與試驗(yàn)一致的關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)行比較分析;
　　2、將溫度結(jié)果施加到結(jié)構(gòu)單

3、元上，分析模盒空心樓蓋在溫度場(chǎng)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(shí)間曲線及板跨1/4處位移-時(shí)間曲線。最后選擇與試驗(yàn)一致的關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)行比較分析;
　　3、采用包絡(luò)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(shí)間曲線，便于實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行保守分析;
　　通過以上工作，主要得到以下結(jié)論:
　　1)利用三維熱實(shí)體單元SOLID

4、70，可以模擬分析火災(zāi)下混凝土組合塑料模盒的溫度場(chǎng)分布情況。通過肋梁截面不同高度處溫度—時(shí)間曲線的試驗(yàn)與模擬數(shù)值比對(duì)分析，模擬曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線形狀及趨勢(shì)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(jì)算本身有關(guān)，對(duì)空間上的連續(xù)性進(jìn)行網(wǎng)格剖分會(huì)降低其計(jì)算的溫度值結(jié)果。二是分析中忽略了混凝土內(nèi)水分的蒸發(fā)損失熱量，材料的熱工參數(shù)、力學(xué)參數(shù)與試件真實(shí)數(shù)值存在差別及未被燒穿塑料模盒對(duì)溫度場(chǎng)的影響。綜合計(jì)算誤差，認(rèn)為在目前計(jì)算機(jī)能力

5、所限下的網(wǎng)格剖分細(xì)度所計(jì)算出的溫度場(chǎng)結(jié)果滿足要求。
　　(2)從樓蓋截面溫度分布云圖及溫度-時(shí)間曲線分析，鋼筋混凝土樓蓋受火時(shí)溫度梯度現(xiàn)象十分明顯。因溫度應(yīng)力的存在，使樓板的上部因拉應(yīng)力的存在而出現(xiàn)裂縫。
　　(3)通過對(duì)撓度—時(shí)間曲線進(jìn)行分析可以得出:受高溫下結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性模量、屈服強(qiáng)度等動(dòng)態(tài)變化因素影響，火災(zāi)對(duì)樓蓋內(nèi)力重分布和結(jié)構(gòu)變形影響十分明顯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)比，則顯示出組合塑料模盒較密肋梁樓蓋在抵抗高溫（火災(zāi)）撓度變形的優(yōu)勢(shì)。
　　在本文的模型分析中，是基于混凝土各向同性基礎(chǔ)上進(jìn)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(shí)結(jié)果間存在一定的差異。同時(shí)在內(nèi)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(jié)-滑移影響。整體式方法分析結(jié)果與試驗(yàn)值間存在的誤差今后可以從分離式模型中進(jìn)一步優(yōu)化，鋼筋與混凝土單元分別建模，采用單元節(jié)點(diǎn)

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