火災后大跨空間結(jié)構(gòu)受力性能評估方法研究及應用.pdf

1、大跨空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中得到廣泛應用。由于高溫條件下空間結(jié)構(gòu)主要支承體系的鋼材耐火性能較差，易導致結(jié)構(gòu)在火災下因鋼材的性能蛻化而引起的結(jié)構(gòu)損傷，甚至發(fā)生結(jié)構(gòu)倒塌。
　　大跨空間結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計研究尚不深入，火災條件下結(jié)構(gòu)的力學性能和響應機理也不明確，從而導致火災后結(jié)構(gòu)溫度場的還原推定、反演分析也缺乏一定的理論基礎(chǔ)。因此，對火災下空間結(jié)構(gòu)力學性能的正分析研究和火災后結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為研究對象，結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬和火災試驗等多種方法，對空間結(jié)構(gòu)在火災下的力學性能進行了研究，并在此基礎(chǔ)上，對火災后結(jié)構(gòu)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(jié)合常溫下空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)結(jié)點位移的計算結(jié)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(jié)構(gòu)位移計算的修正公式，為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災升溫階段和火災全過程后結(jié)構(gòu)的位移計算提供了一個簡化算法。
　　根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點，研究了正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)沿網(wǎng)架高度方向的溫度場分布模型。推導了空間結(jié)構(gòu)在火災高溫下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定判別條件，通過分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)位移和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，得到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(quán)函數(shù)和蟻群優(yōu)化算法構(gòu)造了火災后結(jié)構(gòu)的溫度逆向推定算法，通過溫度迭代計算定量得到結(jié)構(gòu)經(jīng)歷的最高溫度場分布，為科學評估火災后鋼結(jié)構(gòu)殘余性能和結(jié)構(gòu)修復加固提供理論依據(jù)。
　　進行了Williams雙桿結(jié)構(gòu)和正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)兩批次火災試驗研究，得到了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)殘余形態(tài)推定最高過火溫度，對比試驗結(jié)果與數(shù)值結(jié)果的數(shù)值

5、精度，驗證了結(jié)構(gòu)溫度場反演方法的可行性。
　　結(jié)合結(jié)構(gòu)魯棒性分析方法，研究了火災下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，推導了構(gòu)件在高溫下的敏感度和冗余度，得到了火災下結(jié)構(gòu)冗余度評價指標和魯棒性評價指標，為火災后結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)評估中，對文化中心大樓的F區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行建模分析，通過溫度反演方法的計算得到結(jié)構(gòu)的最高過火溫度。并結(jié)合高溫冗余度指標，給出火災后網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的