混凝土结构抗火分析与计算研究
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火灾下混凝土结构会发生复杂的力学、热学行为和材性变化，进而对局部构件和整体结构的强度和安全性形成影响。本研究通过提出可以较好模拟构件火灾响应的计算模型，以了解火灾对构件特别是整体结构安全性的影响。
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建筑结构学报, 2009, 30(6): 44-53.
摘要：为分析和模拟多层混凝土框架结构在火灾下的反应及其破坏过程，本文基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元，建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型。此单元模型将构件截面划分成多个纤维，可以考虑构件截面的不均匀温度场分布及其材料非线性和几何非线性问题。为验证模型的准确性，对单层混凝土框架进行了火灾反应分析，并与具体的试验结果进行了比较。最后，对一多层框架进行了火灾反应分析，并比较了不同火灾场景的结果，分析了其反应规律以及破坏过程。
关键词：火灾反应;纤维模型;梁单元;倒塌;多层框架
火灾下混凝土结构破坏模拟的纤维梁单元模型
计算力学学报, 2009, 26(1): 72-79.
摘要：为分析和模拟结构构件在火灾下的失效破坏过程，本文基于建筑结构分析中常用的纤维梁单元模型，建立了钢筋混凝土梁、柱构件的火灾破坏数值模型。此模型将构件截面划分成多个纤维，从而可以模拟构件截面的不均匀温度场分布以及高温下混凝土材料的开裂、压碎和钢筋屈服等行为。并根据全拉格朗日描述方法，推导了纤维梁单元的切线刚度矩阵，建立了纤维梁单元的增量求解方程。最后，将本文模型的模拟结果和多个具体试验结果进行了分析比较，进一步验证了模型的可靠性。
关键词：纤维模型;梁单元;火灾反应;非线性
混凝土结构多种灾变模拟：模型开发与工程实践
第二届结构工程新进展国际论坛论文集, 2008.10, 大连: 653-660.
摘 要：地震、火灾、爆炸等灾害荷载可能对工程结构造成严重的损害。在混凝土结构中，框架、剪力墙和楼板是最常见的结构构件，准确模拟其灾变过程中的非线性行为是研究结构抗灾能力的关键。清华大学土木工程系开发了适用于工程结构极限分析的纤维模型和分层壳模型，能够对钢筋混凝土结构在地震、火灾、爆炸、连续倒塌等各种灾害下的非线性破坏过程进行准确的计算。并且由于其较高的计算效率，可用于大型复杂钢筋混凝土实际工程灾变的全过程模拟。本文结合具体实验和工程实例，介绍了上述模型的原理及其在科学研究和工程实践中的典型应用。
关键词：灾害模拟; 纤维模型; 分层壳模型; 动力大变形计算; 热-力耦合计算
钢筋混凝土楼板火灾反应数值计算模型
工程力学, 2008, 25(3): 107-112.
摘 要：基于退化壳原理，考虑火灾下板壳截面的不均匀温度场分布而引入分层模型，同时在每分层上考虑材料在不同温度下的热力弹塑性本构关系，建立了火灾下钢筋混凝土板壳结构的有限元数值计算模型。另外，通过全拉格朗日方法考虑了大位移的几何非线性影响。最后通过一钢筋混凝土板在高温下的试验进行了验证，并分析了配筋率和保护层厚度的影响。结果表明：提出的火灾下钢筋混凝土壳单元数值计算模型的计算结果与试验结果吻合较好，可以用来分析火灾下钢筋混凝土框架结构楼板的反应。
关键词：钢筋混凝土板壳；火灾反应；分层模型；薄膜作用；非线性分析
火灾下空间混凝土框架结构的反应分析与模拟
自然灾害学报, 2007, 16(6):88-92.
摘要:根据作者开发并经过试验验证的纤维梁单元模型和分层壳单元模型,通过考虑他们之间的协调关系,建立了考虑楼板的空间混凝土框架结构火灾反应数值模型,并通过作者开发的火灾反应分析系统RCFire,实现了整体结构的火灾反应分析。纤维梁单元模型和分层壳单元模型均通过在截面上进行细分,从而考虑了不均匀温度场及材料非线性的影响。通过对一个具体框架火灾反应的分析,探讨了整体结构火灾反应的规律,为结构设计人员提高建筑结构的火灾安全提供参考。
关键词:火灾反应;空间混凝土框架;单元模型;数值模拟
Fiber
beam element model for the collapse simulation of concrete structures
under fire,
Proc. International Symposium on Computational Mechanics
(ISCM2007), Yao ZH & Yuan MW (eds.), Beijing: Tsinghua University
Press & Springer, July 30-August 1, 2007, Beijing, China, 288 &
CDROM.
Abstract: In order to analyze and
simulate the collapse of reinforced concrete (RC) elements under fire,
a novel numerical model based on the fiber beam model is proposed in
this paper. By dividing the cross section of beam element into many
small concrete and steel fibers and assigning different materials to
each fiber, this model can consider the non-uniform temperature distribution
across the section and simulate the behavior of cracking or crushing
for concrete and yielding for steel. The explicit tangential stiffness
matrix is deduced for proposed fiber beam with Total Lagrangian (TL)
description, and the incremental equilibrium equations are also established.
Finally, the proposed fiber model is validated by comparing with various
experimental results.
Key words: fiber model, beam element, fire, collapse, nonlinearity