基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法
【专利摘要】本发明公布了一种基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法，包括如下步骤：对火灾后钢结构进行现场勘察，将结构划分成不同区格，将每个区格的几何中心点作为位移特征点并测量位移特征点的位移值；建立有限元计算模型；利用建立的有限元计算模型确定单个区格内结构杆件的温度变化与其它区格位移特征点位移之间的温度－位移拓扑矩阵；依据位移特征点之间的距离关系计算温度修正权值矩阵；温度场逆向迭代推定。本发明可以精确、定量地得到火灾下钢结构温度场分布，为火灾后钢结构有限元模拟提供准确的输入条件。本发明结果精度高，具有普适性，在火灾后钢结构性能评估、修复加固、拆卸方案制定等领域具有广泛的应用前景。
【专利说明】基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法，属钢结构计算方法类【技术领域】。
【背景技术】
[0002]钢结构是目前大型建筑和工业建筑的主要结构形式之一，因其强度高、自重轻、施工周期短、经济效益好等优点，在建筑、桥梁和水利工程等行业得到广泛应用。钢结构具有造型美观、受力合理，结构体系多样等诸多特点，深受结构设计师的青睐，特别是大跨度空间结构技术已经成为代表一个国家建筑科技发展水平的标志之一。
[0003]建筑火灾是常见的灾害之一，据统计，全国每年因火灾造成的损失达到十余亿元。火灾对建筑物的损害尤为严重，火灾发生时建筑物内的可燃物会迅速燃烧，产生的高温对结构构件和建筑材料都会产生严重的损伤。由于建筑钢材在高温下弹性刚度下降，屈服强度降低，会导致结构承载能力降低，结构局部构件产生扭曲，甚至大变形，更为严重的会引起建筑物的倒塌。因此，建筑钢结构火灾后勘察、评估和鉴定的准确性和可靠性完全依赖对火灾下结构经历温度的判断。
[0004]当前火灾后对结构温度的推定主要有经验判断法和FDS火灾温度场模拟还原法。经验判断法主要存在两种问题:一方面对判断者专业技术水平有较高要求，由不同的判断者可能会出现不同的可能温度；另一方面不能有效地反映火灾温度场的蔓延过程和分布方式。FDS火灾温度场模拟还原法需要对火源材料进行精确判断和温度蔓延路径地正确选取才能得到准确的火灾温度场，而且需要建立精细的结构仿真模型，工作量较大，不具有广泛的适用性。
[0005]基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法充分利用了火灾后痕迹特征和结构残余特征所隐含的温度信息，通过对初始判断温度场的迭代推定，定量得到火灾下温度场分布，为火灾后结构安全性能评估提供精确的输入条件。本方法具有精度高，适用范围广等特点，在火灾后钢结构性能评估、修复加固、拆卸方案制定等领域具有广泛的应用前
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【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]本发明所要解决的技术问题是针对现有依靠经验判断结构过火温度的方法和FDS火灾温度场模拟还原方法不能精确地反映真实火灾温度场分布，容易对结构残余性能分析出现偏差的不足，而提出的一种通过位移来计算火场温度具有高计算精度的火灾后钢结构温度场确定方法。从而使最终位移结果与实际变形相吻合，很好地反应结构在火灾中内力重分布的作用以及结构残余应力。
[0008]技术方案
[0009]为了解决解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:[0010]一种基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0011]I)、对火灾后钢结构进行现场勘察，将结构划分成不同区格，假定各区格的预估温度及变化范围，将每个区格的几何中心点作为位移特征点并测量位移特征点的位移值。
[0012]11)现场勘察火灾后钢结构的几何参数、边界条件、痕迹特征和结构残余特征，通过材性试验确定的火灾后钢结构材料参数；
[0013]12)根据现场勘察的痕迹特征和结构残余特征，将结构划分成L个区格，对区格进行编号:；
[0014]13)设定为第I个区格由痕迹特征推测此区格内的预估温度，则结构预估温度荷载向量为；第个区格的温度变化范围为，其中，；设定之间有个计算温度点，计算步数为，则温度梯度为；令，；
[0015]14)在每个区格内选取该区格的几何中心点作为位移特征点，测量每个位移特征点的位移值并，.[0016]2)、根据步骤11)确定的几何参数、材料参数和边界条件建立有限元计算模型；
[0017]3)、利用步骤2)建立的有限元计算模型确定单个区格内结构杆件的温度变化与
其它区格位移特征点位移之间的温度一位移拓扑矩阵
[0018]
【权利要求】
1.一种基于位移形态的钢结构火灾温度场逆向推定方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)、对火灾后钢结构进行现场勘察，将结构划分成不同区格，将每个区格的几何中心点作为位移特征点并测量位移特征点的位移值: 11)现场勘察火灾后钢结构的几何参数、边界条件、痕迹特征和结构残余特征，通过材性试验确定的火灾后钢结构材料参数； 12)根据现场勘察的痕迹特征和结构残余特征，将结构划分成L个区格，对区格进行编号:; 13)设定为第I个区格由痕迹特征推测此区格内的预估温度，则结构预估温度荷载向量为；第个区格的温度变化范围为，其中，；设定之间有个计算温度点，计算步数为，则温度梯度为；令，; 14)在每个区格内选取该区格的几何中心点作为位移特征点，测量每个位移特征点的位移值并，； 2)、根据步骤11)确定的几何参数、材料参数和边界条件建立有限元计算模型； 3)、利用步骤2)建立的有限元计算模型确定单个区格内结构杆件的温度变化与其它区格位移特征点位移之间的温度一位移拓扑矩阵
2.根据权利要求1所述基于位移形态的钢结构火灾温度场确定方法，其特征在于:所述步骤11)中的痕迹特征，包括现场非结构残留物、防火涂料表面颜色和脱落情况、构件表面颜色及硬度；结构残余特征包括结构整体变形、边界条件、断裂及大挠曲杆件；火灾后钢结构材料参数包括弹性模量、屈服强度及极限强度。
【文档编号】G06F17/50GK104008258SQ201410271538
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】郭小明, 尹凌峰, 崔璟, 唐敢 申请人:东南大学