基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)逆向推定方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)逆向推定方法，包括如下步驟：對(duì)火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，將結(jié)構(gòu)劃分成不同區(qū)格，將每個(gè)區(qū)格的幾何中心點(diǎn)作為位移特征點(diǎn)并測(cè)量位移特征點(diǎn)的位移值；建立有限元計(jì)算模型；利用建立的有限元計(jì)算模型確定單個(gè)區(qū)格內(nèi)結(jié)構(gòu)桿件的溫度變化與其它區(qū)格位移特征點(diǎn)位移之間的溫度－位移拓?fù)渚仃嚕灰罁?jù)位移特征點(diǎn)之間的距離關(guān)系計(jì)算溫度修正權(quán)值矩陣；溫度場(chǎng)逆向迭代推定。本發(fā)明可以精確、定量地得到火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分布，為火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)有限元模擬提供準(zhǔn)確的輸入條件。本發(fā)明結(jié)果精度高，具有普適性，在火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)性能評(píng)估、修復(fù)加固、拆卸方案制定等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)逆向推定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)逆向推定方法，屬鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算方法類【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼結(jié)構(gòu)是目前大型建筑和工業(yè)建筑的主要結(jié)構(gòu)形式之一，因其強(qiáng)度高、自重輕、施工周期短、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，在建筑、橋梁和水利工程等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)具有造型美觀、受力合理，結(jié)構(gòu)體系多樣等諸多特點(diǎn)，深受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的青睞，特別是大跨度空間結(jié)構(gòu)技術(shù)已經(jīng)成為代表一個(gè)國(guó)家建筑科技發(fā)展水平的標(biāo)志之一。
[0003]建筑火災(zāi)是常見(jiàn)的災(zāi)害之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年因火災(zāi)造成的損失達(dá)到十余億元?；馂?zāi)對(duì)建筑物的損害尤為嚴(yán)重，火災(zāi)發(fā)生時(shí)建筑物內(nèi)的可燃物會(huì)迅速燃燒，產(chǎn)生的高溫對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件和建筑材料都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷。由于建筑鋼材在高溫下彈性剛度下降，屈服強(qiáng)度降低，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力降低，結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件產(chǎn)生扭曲，甚至大變形，更為嚴(yán)重的會(huì)引起建筑物的倒塌。因此，建筑鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)后勘察、評(píng)估和鑒定的準(zhǔn)確性和可靠性完全依賴對(duì)火災(zāi)下結(jié)構(gòu)經(jīng)歷溫度的判斷。
[0004]當(dāng)前火災(zāi)后對(duì)結(jié)構(gòu)溫度的推定主要有經(jīng)驗(yàn)判斷法和FDS火災(zāi)溫度場(chǎng)模擬還原法。經(jīng)驗(yàn)判斷法主要存在兩種問(wèn)題:一方面對(duì)判斷者專業(yè)技術(shù)水平有較高要求，由不同的判斷者可能會(huì)出現(xiàn)不同的可能溫度；另一方面不能有效地反映火災(zāi)溫度場(chǎng)的蔓延過(guò)程和分布方式。FDS火災(zāi)溫度場(chǎng)模擬還原法需要對(duì)火源材料進(jìn)行精確判斷和溫度蔓延路徑地正確選取才能得到準(zhǔn)確的火災(zāi)溫度場(chǎng)，而且需要建立精細(xì)的結(jié)構(gòu)仿真模型，工作量較大，不具有廣泛的適用性。
[0005]基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)逆向推定方法充分利用了火災(zāi)后痕跡特征和結(jié)構(gòu)殘余特征所隱含的溫度信息，通過(guò)對(duì)初始判斷溫度場(chǎng)的迭代推定，定量得到火災(zāi)下溫度場(chǎng)分布，為火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全性能評(píng)估提供精確的輸入條件。本方法具有精度高，適用范圍廣等特點(diǎn)，在火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)性能評(píng)估、修復(fù)加固、拆卸方案制定等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前
旦
-5^ O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有依靠經(jīng)驗(yàn)判斷結(jié)構(gòu)過(guò)火溫度的方法和FDS火災(zāi)溫度場(chǎng)模擬還原方法不能精確地反映真實(shí)火災(zāi)溫度場(chǎng)分布，容易對(duì)結(jié)構(gòu)殘余性能分析出現(xiàn)偏差的不足，而提出的一種通過(guò)位移來(lái)計(jì)算火場(chǎng)溫度具有高計(jì)算精度的火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)確定方法。從而使最終位移結(jié)果與實(shí)際變形相吻合，很好地反應(yīng)結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中內(nèi)力重分布的作用以及結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力。
[0008]技術(shù)方案
[0009]為了解決解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:[0010]一種基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)逆向推定方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0011]I)、對(duì)火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，將結(jié)構(gòu)劃分成不同區(qū)格，假定各區(qū)格的預(yù)估溫度及變化范圍，將每個(gè)區(qū)格的幾何中心點(diǎn)作為位移特征點(diǎn)并測(cè)量位移特征點(diǎn)的位移值。
[0012]11)現(xiàn)場(chǎng)勘察火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)、邊界條件、痕跡特征和結(jié)構(gòu)殘余特征，通過(guò)材性試驗(yàn)確定的火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)材料參數(shù)；
[0013]12)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察的痕跡特征和結(jié)構(gòu)殘余特征，將結(jié)構(gòu)劃分成L個(gè)區(qū)格，對(duì)區(qū)格進(jìn)行編號(hào):；
[0014]13)設(shè)定為第I個(gè)區(qū)格由痕跡特征推測(cè)此區(qū)格內(nèi)的預(yù)估溫度，則結(jié)構(gòu)預(yù)估溫度荷載向量為；第個(gè)區(qū)格的溫度變化范圍為，其中，；設(shè)定之間有個(gè)計(jì)算溫度點(diǎn)，計(jì)算步數(shù)為，則溫度梯度為；令，；
[0015]14)在每個(gè)區(qū)格內(nèi)選取該區(qū)格的幾何中心點(diǎn)作為位移特征點(diǎn)，測(cè)量每個(gè)位移特征點(diǎn)的位移值并，.[0016]2)、根據(jù)步驟11)確定的幾何參數(shù)、材料參數(shù)和邊界條件建立有限元計(jì)算模型；
[0017]3)、利用步驟2)建立的有限元計(jì)算模型確定單個(gè)區(qū)格內(nèi)結(jié)構(gòu)桿件的溫度變化與
其它區(qū)格位移特征點(diǎn)位移之間的溫度一位移拓?fù)渚仃?br> [0018]
【權(quán)利要求】
1.一種基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)逆向推定方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)、對(duì)火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，將結(jié)構(gòu)劃分成不同區(qū)格，將每個(gè)區(qū)格的幾何中心點(diǎn)作為位移特征點(diǎn)并測(cè)量位移特征點(diǎn)的位移值: 11)現(xiàn)場(chǎng)勘察火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)、邊界條件、痕跡特征和結(jié)構(gòu)殘余特征，通過(guò)材性試驗(yàn)確定的火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)材料參數(shù)； 12)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察的痕跡特征和結(jié)構(gòu)殘余特征，將結(jié)構(gòu)劃分成L個(gè)區(qū)格，對(duì)區(qū)格進(jìn)行編號(hào):; 13)設(shè)定為第I個(gè)區(qū)格由痕跡特征推測(cè)此區(qū)格內(nèi)的預(yù)估溫度，則結(jié)構(gòu)預(yù)估溫度荷載向量為；第個(gè)區(qū)格的溫度變化范圍為，其中，；設(shè)定之間有個(gè)計(jì)算溫度點(diǎn)，計(jì)算步數(shù)為，則溫度梯度為；令，; 14)在每個(gè)區(qū)格內(nèi)選取該區(qū)格的幾何中心點(diǎn)作為位移特征點(diǎn)，測(cè)量每個(gè)位移特征點(diǎn)的位移值并，； 2)、根據(jù)步驟11)確定的幾何參數(shù)、材料參數(shù)和邊界條件建立有限元計(jì)算模型； 3)、利用步驟2)建立的有限元計(jì)算模型確定單個(gè)區(qū)格內(nèi)結(jié)構(gòu)桿件的溫度變化與其它區(qū)格位移特征點(diǎn)位移之間的溫度一位移拓?fù)渚仃?
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于位移形態(tài)的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)溫度場(chǎng)確定方法，其特征在于:所述步驟11)中的痕跡特征，包括現(xiàn)場(chǎng)非結(jié)構(gòu)殘留物、防火涂料表面顏色和脫落情況、構(gòu)件表面顏色及硬度；結(jié)構(gòu)殘余特征包括結(jié)構(gòu)整體變形、邊界條件、斷裂及大撓曲桿件；火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)材料參數(shù)包括彈性模量、屈服強(qiáng)度及極限強(qiáng)度。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104008258SQ201410271538
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】郭小明, 尹凌峰, 崔璟, 唐敢 申請(qǐng)人:東南大學(xué)