论文部分内容阅读
钢与混凝土组合结构在建筑工程中已有广泛的应用，深入研究钢管混凝土组合框架结构在火灾升、降温作用下的力学性能及关键构件失效（人为抽柱及受火损伤）后剩余结构的抗连续倒塌性能，对组合框架整体结构的抗火及防连续倒塌设计具有重要的意义。本文主要研究工作包括以下四个方面的内容： (1)基于ABAQUS有限元提供的UMAT平台，对钢材和混凝土单轴本构模型进行了二次开发，该材料单轴本构模型可用于钢结构、钢筋混凝土以及钢与混凝土组合结构体系的拟静力分析、弹塑性动力分析和抗连续倒塌非线性分析。 (2)基于ABAQUS用户子程序开发平台UEXPAN和USDFLD，开发了考虑钢材高温蠕变和混凝土高温徐变以及瞬态热应变影响的计算子程序和自动识别不同受火阶段热力本构模型的计算程序，进行了不同火灾工况下钢管混凝土框架的耐火性能和受火全过程机理分析；在此基础上，对钢管混凝土框架柱火灾后剩余承载力影响因素进行了系统的参数分析；在钢管混凝土柱火灾后剩余承载力系数简化计算公式的基础上，引入等效计算长度系数，给出了钢管混凝土框架柱火灾后剩余承载力系数简化计算公式。 (3)采用非线性动力分析方法和Pushdown方法进行了钢管混凝土框架连续倒塌机制和抗力分析。在此基础上，采用精细有限元法对“两跨三柱”结构进行抗倒塌分析，细致剖析竖向荷载全过程作用下组合框架的倒塌全过程，分析中柱失效卸载位移与承载力的全过程曲线特征，明晰受力全过程中钢管和混凝土的受力特点、节点和框架梁等部件的受力特点，以及边柱钢管与核心混凝土的受力机理。基于典型框架算例分析，进行钢管混凝土组合框架抗倒塌性能影响因素的参数分析，研究不同几何和物理等参数对钢管混凝土组合框架的抗力曲线、倒塌机理、破坏模态等性能的影响规律。 (4)基于静-动力转换分析方法，利用ABAQUS预定场和重启动功能，进行钢管混凝土框架中柱受火失效后的受力特征和破坏模态分析。在此基础上，对9层钢管混凝土空间框架第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态，分析梁、柱构件受火失效引起的钢管混凝土空间框架的全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。为了进一步量化钢管混凝土框架抗连续倒塌性能的分析和倒塌判别指标，在基于构件应变能贡献的基础上，考虑楼板失效面积的影响计算了钢管混凝土框架中梁柱构件的重要性系数，以构件承载力贡献值作为结构冗余度的计算指标，进行了倒塌冗余度计算。