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火灾作用下大跨度钢结构的温度场演化与力学性能退化机理研究

卢杰

广州理工学院，广东广州，510540；

摘要：随着现代城市建设的快速推进，大跨度钢结构因其优良的受力性能与建筑美学特征被广泛应用于体育场馆、会展中心、交通枢纽等标志性建筑。然而，这类建筑在火灾环境下的安全性问题日益突出。火灾使钢结构温度急剧升高，导致材料性能退化、结构刚度降低，从而可能引发整体失稳甚至倒塌。本文以管理科学与工程的系统分析思维为基础，结合热传导理论、结构力学与材料退化模型，系统探讨了火灾作用下大跨度钢结构的温度场演化规律与力学性能退化机理。文章引入制造执行系统（MES）与数字孪生（Digital Twin）技术，构建了火灾条件下结构响应的监测与预测模型，实现了温度分布与力学性能衰退的可视化分析。研究结果表明，大跨度钢结构在火灾作用下呈现显著的空间温度差异和非线性热力耦合效应，钢材高温退化是结构失稳的根本诱因。通过引入数字化监测与仿真技术，可有效提升结构抗火设计与应急决策的科学性。本文的研究为复杂空间结构的防火设计及智能安全管理提供了理论基础和技术支撑。

关键词：大跨度钢结构；火灾作用；温度场演化；力学性能退化；数字孪生；MES系统

参考文献

[1]王建国,刘宏伟.大跨度钢结构火灾性能分析与防火设计研究[J].建筑结构学报,2023,44(6):87-96。

[2]陈志远,李晓峰.MES系统理念在结构安全管理中的应用[J].管理科学与工程,2022,39(4):71-79。

[3]赵丽华,张凯.数字孪生技术在建筑防火与结构健康监测中的应用探析[J].工程科学与技术,2024,41(3):92-101。