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范例_06_热传导热应力_地铁车站火灾分析.pdf
midas FEA Case Study Series 热传导/热应力 – 地铁车站火灾分析 1. 概要 最近因为发生了一系列的火灾事故，火灾对土木结构物安全性能的影响正越 来越成为结构设计人员关注的问题。结构分析中如何对火灾进行模拟，火灾 后结构是否能继续工作以及火灾对结构的损伤等问题也成为结构设计研究的 课题。 本例题通过对地铁车站的火灾分析，介绍了通过热传导分析获得结构内温度 分布以及温度应力的分布状况，预测火灾造成的结构损伤的方法。 2. 结构信息 [火灾分析有限元模型] 2.1 地铁几何信息 3.1 建模注意事项 本例题的地铁如下图所示，是宽度为17.8m，总高度为16.15m的三层结构， 因为要研究火源位置温度结构物深度上的变化，所以火源位置的单元要划分 火灾发生位置为地下第三层车站位置，所以结构模型只建了地下第三层部 得很细，本模型中单元尺寸为4cm，并采用了高阶单元，这样节点间距为2c 分。 m。 [地铁车站剖面图] 2.2 分析条件 对火灾的模拟如下。假设火源作用在地铁顶板位置，顶板受火源的直接影 响，其它位置受间接的影响。火源位置的顶板温度从发生火灾开始30分钟内 达到最高温度800 ℃，在持续最高温度30分钟后24小时内逐渐熄灭。受间接 影响的位置假设最高温度可达200 ℃。 [三维模型细部网格] 3.2 材料和截面 混凝土的材料特性会随温度的变化而变，各种大气温度下的混凝土材料特性 如下表所示。本例题只考虑了弹性模量、热膨胀系数、热传导率等参数随温 度的变化。 (1) 据文献中记载，混凝土的弹性模量随温度的上升会降低，在300℃下 弹性模量降低约50%，500℃时降低约80% 。本例题中各温度下的弹 [火灾发生以及持续时间] 性模量取下列表中数值。 3. 模型 温度(℃) 20 70 300 600 850 4 因为地铁沿纵向截面相同，所以采用了简化的二维模型，单元采用了高阶平 弹性模量(×10 MPa) 2.5 2.5 1.25 0.9 0.6 面应变单元。 28 midas FEA Case Study Series 地铁车站火灾分析 (2) 混凝土的热膨胀系数随温度的增加有加大的趋势，当400 ℃以上时约 增加1倍，本例题中采用
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