考虑SSI效应的异形钢管混凝土框架结构火灾后抗震性能研究

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加劲薄壁异形钢管混凝土柱与普通钢管混凝土柱相比,具有节约造价8%-26%、利于室内装饰和布置等优点,故具有良好的市场前景及应用价值。本文对考虑SSI效应的加劲薄壁异形钢管混凝土框架结构抗震性能展开研究,主要工作包括:(1)加劲薄壁T形钢管混凝土长柱升、降温试验按照ISO-834标准升降温曲线开展升降温试验研究,测得钢管、钢筋和混凝土关键测点温度-时间关系曲线,明确高温后的构件形态。结果表明,钢管和靠近表面的混凝土温度升、降变化规律和平均炉温大致相同。混凝土各测点温度,随着其位置不断向内,升温到相同温度所需时间越长即温升滞后现象越明显。(2)火灾后加劲薄壁T形钢管混凝土长柱压弯静力性能试验以升温时间、加劲钢筋有无、荷载偏心距为影响参数,进行压弯静力性能试验研究,观察其破坏模式,实测侧向挠度曲线、荷载-轴向位移曲线、跨中截面钢管的荷载-纵、横向应变曲线。结果表明,试件的整体破坏形态为弯曲型,最大侧向变形发生于跨中附近,且弯曲程度随升温时间和偏心距的增加而增大。试件荷载-轴向变形关系曲线由初始阶段、弹塑性发展阶段及下降段组成,荷载偏心距越大、受火时间越长,承载力越小但延性越好。(3)火灾后加劲薄壁T形钢管混凝土长柱力学性能数值模型构建在确定材料热工参数及本构关系、单元类型、接触等参数基础上,建立了火灾后加劲薄壁T形钢管混凝土长柱截面温度场模型和力学场模型,并证明有限元模型的有效性。(4)火灾后加劲薄壁T形钢管混凝土长柱承载力参数分析及剩余承载力计算方法在分析模型的基础上,选取升温时间、钢筋间距、材料强度等参数,进行常温轴压承载力和压弯承载力、火灾后剩余承载力的影响规律分析。在参数分析基础上,引入剩余承载力影响系数,提出火灾后加劲薄壁T形钢管混凝土长柱剩余承载力计算公式。(5)考虑SSI效应的火灾后加劲薄壁异形钢管混凝土框架结构数值模型构建与抗震性能分析建立了考虑土-结构相互作用的火灾前、后加劲薄壁异形钢管混凝土框架结构抗震性能分析模型,并验证了模型合理性。不同场地条件下,对局部受火前、后加劲薄壁异形钢管混凝土框架结构自振周期、结构最大加速度、最大层间位移角和最大层间剪力的变化规律开展研究。结果表明,与未受火情况相比,火灾增大了框架的自振周期;一般情况下,考虑土-结构相互作用后,结构和基础的加速度幅值减小;最大层间位移角发生在结构底部,土越软、地震波加速度幅值越大、火灾作用越明显,层间位移角越大。该论文有图84幅,表39个,参考文献156篇。
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