剪力墙火灾后力学性能试验研究

摘要

随着经济的发展，高层建筑与日俱增，钢筋混凝土剪力墙结构或框架剪力墙结构因其良好的抗震性能而被广泛采用。但是，随之而来的建筑火灾隐患也增大，举世震惊的上海11.15火灾就是最好的例子。因此研究火灾后剪力墙的抗震性能对于抗震设防区火灾后剪力墙结构的损伤评定和加固具有重大的现实意义。本文受上海市科委应用技术开发项目(2011-114)和上海市人才发展资金资助项目(2011058)资助，对钢筋混凝土剪力墙高温后的抗震性能进行了试验研究和理论分析，具体工作如下:
　　(1)进行了两榀剪力墙试件在不同受火工况下火灾试验，并对火灾后剪力墙进行了初步的评定。研究表明:四面受火工况下试件截面核心区温度为380℃，而单面受火工况下试件截面核心区为272℃，四面受火试件比单面受火试件经历更严重的高温受损。
　　(2)对两榀受火后剪力墙和一榀常温下剪力墙进行了拟静力试验，对不同受火工况下剪力墙的破坏特性进行了描述，对各种受火工况下剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性和耗能能力进行了分析，并且从抗震的角度对剪力墙火灾后性能给予了评定。研究表明:四面受火试件为脆性剪切滑移破坏，而单面受火试件为弯剪破坏;四面受火试件和单面受火试件的屈服荷载分别比常温降低21％和13％;极限承载力分别比常温降低34％和20％。位移延性分别下降38％和26％。四面受火工况下剪力墙抗震性能严重恶化。
　　(3)利用有限元软件ABAQUS，分析了火灾后剪力墙在单调荷载下的力学性能，与试验结果进行对比分析，并为理论工作提供了思路。
　　(4)基于有限元的思想，通过加权平均的思想对高温后混凝土本构均一化，在此基础上，从传统理论出发，提出了火灾后剪力墙承载力、位移和延性的评判方法，具有一定的工程参考价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1．1 火灾的危害性

1．1．2 研究结构抗火的重要意义

1．1．3 火灾后结构抗震性能研究的意义

1．2 高温作用后钢筋混凝土结构及构件的研究现状

1．2．1 高温后材料的力学性能研究

1．2．2 火灾后构件或结构的力学性能及抗震性能研究

1．3 常温下钢筋混凝土剪力墙研究现状

1．4 立题依据

1．5 本文主要研究内容

第二章 钢筋混凝土剪力墙火灾后拟静力试验研究

2．1 前言

2．2 试验设计

2．2．1 试件设计

2．2．2 轴压比确定

2．2．3 材料力学指标

2．3 火灾试验

2．3．1 试验装置

2．3．2 升温制度

2．3．3 测量内容与测点布置

2．4 试验现象与分析

2．4．1 试验现象

2．4．2 试件火灾后受损评定

2．3．3 截面温度分布

2．4 拟静力试验

2．4．1 试验目的

2．4．2 试验装置

2．4．3 加载制度

2．5 拟静力试验现象

2．5．1 NWS试件试验过程描述

2．5．2 AWS试件

2．5．3 SWS试件试验过程描述

2．6 拟静力试验结果分析

2．6．1 滞回曲线

2．6．2 骨架曲线

2．6．3 承载力与延性

2．6．4 耗能能力与延性

2．7 剪力墙火灾后力学性能评定

2．8 本章小结

第三章 火灾后剪力墙力学性能有限元分析

3．1 引言

3．2 常温下和高温后混凝土本构关系

3．2．1 常温下混凝土本构

3．2．2 高温后混凝土强度

3．2．2 高温后混凝土弹性模量

3．2．3 高温后混凝土应力-应变关系

3．2．4 混凝土本构在有限元模块中的定义

3．3 常温下和高温后钢筋本构关系

3．3．1 常温下钢筋本构关系

3．3．2 高温后钢筋强度

3．3．3 高温后钢筋弹性模量

3．4 混凝土与钢筋热工参数

3．4．1 混凝土和钢筋的导热系数

3．4．2 混凝土和钢筋的热容

3．4．3 混凝土和钢筋质量密度

3．5 剪力墙试件有限元模型建立

3．5．1 温度场模型建立

3．5．2 火灾后剪力墙力学模型建立

3．7 有限元模型分析

3．7．1 有限元温度场计算分析

3．7．2 有限元高温后剪力墙力学计算分析

3．8 本章小结

第四章 火灾后剪力墙抗震性能评定方法

4．1 引言

4．2 钢筋和混凝土力学性能简化计算方法

4．2．1 等效爆火时间的确定

4．2．1 混凝土高温后本构简化

4．2．2 试验条件下混凝土本构的计算

4．2．3 钢筋高温后本构

4．3 屈服荷载

4．3．1 基本假定

4．3．2 计算模型

4．3．3 屈服荷载计算

4．4 极限承载力

4．3．1 基本假定

4．3．2 混凝土软化系数α

4．3．3 斜压杆倾角θ

4．4．4 极限承载力计算模型

4．4．5 极限承载力计算

4．5 承载力计算汇总

4．6 延性

4．6．1 延性的概念

4．6．2 曲率延性

4．6．3 位移延性

4．7 位移

4．7．1 屈服位移的计算

4．7．2 极限位移的计算

4．7．3 剪力墙塑性铰高度

4．7．4 理论计算值

4．8．试验值与理论值比较

4．9 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

在校发表论文

致谢