火災(zāi)下鋼框架耐火極限有限元分析

米琳琳 姜 靜 張瀚天

（1.牡丹江大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011；2.佳木斯大學(xué)建筑工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000）

1 前言

鋼結(jié)構(gòu)是當(dāng)今建筑業(yè)的熱點(diǎn)之一，隨著鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗火失效的例子也隨之增多，給人民生命和社會(huì)財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。鋼材雖不是可燃材料但其導(dǎo)熱系數(shù)大，在火災(zāi)作用下力學(xué)性能顯著改變，使承載能力變?nèi)酰阅突鹦圆钍卿摬淖钪饕秉c(diǎn)。近年來(lái)許多學(xué)者對(duì)鋼框架構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)等高溫后力學(xué)性能進(jìn)行了研究，[1]-[4]得出的結(jié)果為鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。本文應(yīng)用有限元軟件建立三層三跨鋼框架結(jié)構(gòu)，研究六個(gè)房間受火后溫度場(chǎng)分布、柱橫向位移、梁撓度變化。目的是得到鋼框架耐火時(shí)間和臨界溫度，為鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)提供參考。

2 有限元方法及驗(yàn)證

本文應(yīng)用有限元軟件ABAQUS，模擬文獻(xiàn)[5]中單層鋼框架火災(zāi)試驗(yàn)，模型見圖1。模型參數(shù)與試驗(yàn)相同，溫度按ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線加載。模擬選擇順序耦合，即先進(jìn)行熱分析再把熱分析結(jié)果導(dǎo)入力學(xué)模型中進(jìn)行力學(xué)分析。在熱分析中，鋼材和混凝土的熱工性能按T.T.Lie[6]給出的參數(shù)選取，受火構(gòu)件表面熱對(duì)流系數(shù)取25W/m2，熱 輻 射 取0.85W/m2，Stefan-Boltzmann常 數(shù)σ=5.67×10-8W/（m2·k4）。

試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)如圖2所示，從圖3～圖5中可看出模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)上吻合較好，說(shuō)明ABAQUS軟件模擬的可行性。圖3、圖4中測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)溫度高于模擬溫度，隨著時(shí)間推移溫度差越來(lái)越小，最大誤差33%。誤差原因是試驗(yàn)初始溫度高于室溫，在試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)爐內(nèi)采用燃油點(diǎn)燃噴火裝置，雖然升溫采用的是ISO-834升溫曲線，但爐內(nèi)溫度仍是高于升溫曲線。……