火災后大跨空間結構受力性能評估方法研究及應用.pdf

1、大跨空間結構以其造型美觀、建筑宏偉、空間寬敞等優(yōu)點，在當前土木工程結構中得到廣泛應用。由于高溫條件下空間結構主要支承體系的鋼材耐火性能較差，易導致結構在火災下因鋼材的性能蛻化而引起的結構損傷，甚至發(fā)生結構倒塌。
　　大跨空間結構的抗火設計研究尚不深入，火災條件下結構的力學性能和響應機理也不明確，從而導致火災后結構溫度場的還原推定、反演分析也缺乏一定的理論基礎。因此，對火災下空間結構力學性能的正分析研究和火災后結構溫度場推定的反分析

2、問題研究具有十分重要的理論意義和工程指導價值。本文以空間鋼網(wǎng)架結構為研究對象，結合理論分析、數(shù)值模擬和火災試驗等多種方法，對空間結構在火災下的力學性能進行了研究，并在此基礎上，對火災后結構進行了溫度場反演分析方法和評估方法研究。主要內(nèi)容有以下幾個方面。
　　結合常溫下空間結構的力學計算方法，將擬夾層板法的適用范圍從常溫條件擴展到高溫條件。通過對火災作用下網(wǎng)架結構結點位移的計算結果進行統(tǒng)計分析，推導了基于擬夾層板法的高溫下和高溫過火

3、后網(wǎng)架結構位移計算的修正公式，為網(wǎng)架結構火災升溫階段和火災全過程后結構的位移計算提供了一個簡化算法。
　　根據(jù)網(wǎng)架結構特點，研究了正放四角錐網(wǎng)架結構沿網(wǎng)架高度方向的溫度場分布模型。推導了空間結構在火災高溫下結構穩(wěn)定判別條件，通過分析不同結構參數(shù)對結構位移和結構穩(wěn)定性的影響，得到網(wǎng)架結構在高溫條件下的極限承載力的變化規(guī)律。
　　提出了一種基于火災后結構殘余位移的溫度場反演方法(Inverse Method for Temper

4、atureFileds，IMTF)。該方法選取反距離加權函數(shù)和蟻群優(yōu)化算法構造了火災后結構的溫度逆向推定算法，通過溫度迭代計算定量得到結構經(jīng)歷的最高溫度場分布，為科學評估火災后鋼結構殘余性能和結構修復加固提供理論依據(jù)。
　　進行了Williams雙桿結構和正放四角錐網(wǎng)架結構兩批次火災試驗研究，得到了結構在火災下的位移響應規(guī)律。將溫度場反演方法應用到火災試驗模型中，根據(jù)火災后結構殘余形態(tài)推定最高過火溫度，對比試驗結果與數(shù)值結果的數(shù)值

5、精度，驗證了結構溫度場反演方法的可行性。
　　結合結構魯棒性分析方法，研究了火災下網(wǎng)架結構構件的重要性系數(shù)，推導了構件在高溫下的敏感度和冗余度，得到了火災下結構冗余度評價指標和魯棒性評價指標，為火災后結構損傷評定提供一種新的方法。
　　將以上研究方法應用到火災后中央電視臺文化中心大樓的結構評估中，對文化中心大樓的F區(qū)網(wǎng)架結構進行建模分析，通過溫度反演方法的計算得到結構的最高過火溫度。并結合高溫冗余度指標，給出火災后網(wǎng)架結構的