火灾后SRC异形柱框架抗震性能研究及损伤指标的量化

摘要

相对于常温SRC异形柱框架，火灾后的SRC异形柱框架经过高温作用后，其材料的强度、弹性模量等力学性能指标将急剧降低，且不同位置构件的损伤会对结构的整体性能及抗震性能产生不同程度的影响。故随着新型结构体系—SRC异形柱框架结构性能优越性的日益突出及抗震设计理念的不断进步，关于火灾后的SRC异形柱框架的抗震性能及性能化研究值得关注。
　　基于以上因素，本文将以火灾后SRC异形柱框架的破坏形态作为出发点，以火灾后SRC异形柱框架的抗震性能及各性能水平损伤指标的量化为研究重点，通过理论分析及数值模拟相结合的方法展开研究。主要工作内容及结论如下：
　　1.在了解国内外基于性能的抗震设计理论的基础上，通过对比受火构件与常温构件遭受地震作用的破坏过程及破坏形态的异同，结合常温下SRC异形柱框架的破坏过程，提出了适用于本文火灾后SRC异形柱框架不同性能水平的极限破坏状态，为性能水平的定量划分提供判定依据。运用非线性分析软件SNAP对常温一榀SRC异形柱框架进行抗震性能分析，通过模拟数据与文献数据的对比分析，验证了SNAP软件的准确性，是进行数值模拟的合理分析工具。
　　2.将截面温度场的500℃等温线定义为构件损伤深度的分界线。通过对有关受火SRC异形柱截面温度场资料的统计分析，结合有关建筑结构火灾后鉴定标准，依据构件不同截面尺寸、不同受火时间的截面温度场分布图，确定了不同受火时间对应的构件损伤深度。
　　3.鉴于等效截面法可简化工作量，在保证计算结果精度下，可较好地反应高温后构件的受力性能。通过等效截面法对受火的构件进行了等效简化，运用有限元分析软件SNAP，采用位移控制法进行了抗震性能分析。通过对模拟数据的综合分析发现:火后SRC异形柱框架的基底剪力主要由受火层位置决定。针对底部受火模型，火后SRC异形柱框架的基底剪力主要由损伤深度决定;受火层的刚度退化与受损构件的位置无关，而与损伤深度存在一定的对应关系;相对于常温SRC异形柱框架，受火层的层间位移大幅度提高，而未受火层的层间位移会有不同程度的降低;对于底部受火层损伤深度大于70mm的框架会出现侧向刚度不规则现象等。
　　4.现有直接基于位移的设计方法无法考虑到结构在弹塑性阶段刚度的退化，对于火灾后的SRC异形柱框架，刚度的退化研究相对于位移指标更有意义。因此建立一套设计理论与方法，使结构分析能综合损伤指标来反映构件的刚度退化程度，得到更全面的抗震性能是十分重要的。在对多种损伤模型整理分析后，本文采用Ghobarah提出的结构整体损伤参数DT，通过数据统计分析，对构件不同损伤深度的SRC异形柱框架不同性能水平进行了损伤指标的量化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 结构性能化抗震设计研究内容及现状

1．2．1 性能化抗震设计研究内容

1．2．2 性能化抗震设计研究现状

1．3 SRC异形柱结构体系的研究现状

1．3．1 SRC异形柱的研究现状

1．3．2 SRC异形柱框架的研究现状

1．4 本文的研究目的及内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第2章 火灾后SRC异形柱框架性能水准的划分

2．1 引言

2．2 基于性能的抗震设计理论

2．2．1 设防水准的划分

2．2．2 性能水准的划分

2．2．3 性能目标的划分

2．3 火灾后SRC异彩柱框架结构不同性能水平的定性划分

2．3．1 常温与受火构件低周反复试验破坏过程对比分析

2．3．2 火灾后SRC异形柱框架结构不同性能水准的划分

2．4 本章小结

第3章 基于有限元软件SNAP的非线性分析

3．1 引言

3．2 有限元分析软件SNAP

3．2．1 SNAP软件功能概述

3．2．2 构件的弹塑性分析模型

3．3 基于SNAP软件的SRC异形柱框架数值模拟

3．3．1 模型的选取及建立

3．3．2 材料的本构模型

3．3．3 计算结果的对比分析

3．4 本章小结

第4章 火灾后SRC异形柱框架整体抗震性能研究

4．1 引言

4．2 抗震性能分析方法

4．2．1 动力时程分析

4．2．2 静力弹塑性分析(Push-over分析)

4．3 计算模型的建立及参数设置

4．3．1 参数设置

4．3．2 截面设置及模型建立

4．4 火灾后SRC异形柱框架的非线性数据汇总及对比分析

4．4．1 能力曲线的对比分析

4．4．2 最大层间位移角的对比分析

4．5 火灾后SRC异形柱框架整体抗震性能分析

4．5．1 最大基底剪力分析

4．5．2 刚度分析

4．5．3 位移指标的分析

4．6 本章小结

第5章 火灾后SRC异形柱框架损伤指标的量化

5．1 引言

5．2 基于性能的抗震设计方法及损伤模型的选取

5．2．1 基于性能的抗震设计方法

5．2．2 损伤模型的确定

5．3 火灾后SRC异形柱框架损伤指标的量化

5．3．1 数值模拟的分析安排

5．3．2 整体损伤指标

5．4 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢