基于OpenSees的高温下钢结构抗震性能研究

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地震通常会引发次生火灾,国内外对建筑结构抗震性能与抗火性能都进行了广泛的研究,但是对于高温下结构的抗震性能研究还很少。当地震造成次生火灾后,建筑结构会处于一个高温状态下,结构的承载能力会下降,此时如果结构还遭受到余震的作用,便会对建筑物造成严重的损坏。本文先利用通过利用OpenSees中的纤维模型,建立一个多层钢框架,对该钢结构的底层,中层以及顶层梁、柱分别施加不同的温度,然后分别在这些楼层的全部节点施加往复荷载(位移控制法)来进行低周往复分析。最后利用相同模型,仅对结构的底层梁、柱施加不同温度,使用Talf地震波来进行时程分析,研究高温下结构的抗震性能变化。根据得出的结果表明,结构的抗震性能随着温度的升高而下降,在低周往复分析中表现为,底层遭受高温(相较于其他层数遭受高温),对于结构的耗能性能影响是最大的;当该结构受到400℃以内的温度时,对于结构的耗能性能影响不大;当底层梁、柱的温度超过500℃后,钢结构加载点位移和荷载的滞回曲线的滞回环面积随温度的上升而减小,并且随着温度的升高而急速下降,反映出钢结构的耗能能力随温度的上升而不断下降。在时程分析中表现为,当底层梁、柱温度为500℃时,结构整体的抗震性能变化不会很大;当底层梁、柱温度为600℃时,结构整体的抗震性能发生了较大变化,结构基底剪力减小,但仍然能满足抗震设计标准的要求;但当底层梁、柱温度为700℃和800℃时,结构整体的抗震性严重缩减,结构的基底剪力严重减小,结构的最大层间位移角变大,甚至会超过抗震设计标准的规定,结构的某一层开始出现损坏(多遇地震)甚至直接倒塌(罕遇地震),远远达不到抗震设计标准的要求。
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