局部火灾后混凝土框架抗震性能研究

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近年来我国建筑火灾发生频率极高,其中高层建筑火灾起数逐年攀升,火灾不仅造成了严重的生命财产损失,也给未来服役期内建筑结构的使用安全带来巨大考验。目前国内外学者对建筑结构构件的抗火性能及抗震性能已经进行了广泛研究,但对于高层结构火灾后抗震性能的研究较少,本文总结了高层建筑火灾温度场和钢筋混凝土结构火灾后抗震性能的研究成果,对高层混凝土框架结构局部火灾过程进行模拟,并对火灾后结构抗震性能进行分析,主要研究内容及成果如下:(1)应用Pyro Sim软件,对某高层公寓楼进行火灾模拟,探究通风特性、火源位置与高层室内火灾温度场分布的关系,结果表明:通风条件对室内火灾温度场影响较大,Pyro Sim测得曲线与标准升温曲线ISO834结果存在一定差异,ISO834曲线在火灾初起期升温较快,而在火灾猛烈期出现温度低于模拟值的情况,因而在温度场模拟中利用ISO834升温曲线存在一定局限性;(2)应用ABAQUS有限元软件,将Pyro Sim软件计算所得平均升温曲线作为外部热环境,模拟研究混凝土构件截面温度场分布情况,分析得知:受混凝土材料的热惰性影响,梁、柱构件直接受火面温度较高,但升温速率缓慢,构件截面绝大部分面积温度未超过500℃;对于二面受火柱,其截面温度场沿对角线呈对称分布;对于三面受火柱,其横截面温度场呈竖向对称分布;对于四面受火柱,其截面温度场呈双向对称分布;对于二面、三面受火梁,受单面受火板的热辐射影响,其截面温度场分布不均匀;(3)应用ABAQUS有限元软件对火灾后结构进行模态分析及动力时程分析,得到结论如下:火灾后结构前三阶自振周期有所增幅,其中第一扭转周期与第一平动周期比值仍能满足规范要求;受火后结构的基底剪力时程曲线在El Centro波、唐山波作用下峰值变化幅度影响较小,兰州波作用下基底剪力峰值变化最大,四种工况下增幅分别为18.37%、10.93%、16.93%和14.90%;结构受火后的顶部位移和层间位移角增幅明显,其中边跨内外火耦合结构破坏程度最严重,在唐山波作用下顶部位移峰值为146.74mm,最大层间位移角达到0.00723;结构在唐山波作用下塑性破坏最严重,El Centro波次之,兰州波影响最小,需对结构薄弱层进行修复加固以保证其抗震性能。
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