震后火灾下Y型偏心支撑钢框架抗火性能研究

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地震通常会诱发火灾,震后次生火灾对建筑物造成极大破坏,带来巨大的经济损失和人员伤亡。偏心支撑框架体系作为一种新型高效的抗震结构体系,在钢结构和抗震结构领域得到广泛应用。目前国内外学者对偏心支撑钢框架的抗震性能和抗火性能做了大量的研究工作,但对于考虑震后火灾作用下偏心支撑钢框架抗火性能的研究处于起步阶段,相应工作尚需完善。鉴于此,本文以Y型偏心支撑钢框架为研究对象,进行了以下几个方面的工作:(1)概括总结了国内外关于高温下钢结构的材料性能参数,结合结构的实际情况,确定了本文在有限元分析过程中所需要的参数。(2)利用ABAQUS有限元软件,采用壳单元建立了单层单跨Y型偏心支撑钢框架有限元模型,并利用现有试验验证了该模型的有效性和可靠性。在此基础上,对单层单跨Y型偏心支撑钢框架进行火灾下的抗火性能分析,并与结构在震后火灾下的抗火性能进行对比。(3)通过引入损伤变量,以极限承载力的降低为指标考虑地震损伤的影响。在此基础上,考虑耗能梁段腹板高厚比λ、耗能梁段长度e、框架高度H和跨度L四个参数的影响,对单层单跨Y型偏心支撑框架在震后火灾作用下的灾变过程、极限承载力和耐火极限温度进行参数分析,得到不同参数下单层单跨Y型偏心支撑钢框架在震后火灾下极限承载力和耐火极限温度的变化规律。(4)采用梁单元建立了3层单跨Y型偏心支撑钢框架有限元模型,通过Pushover分析与试验结果进行对比分析,验证了模型的正确性。在此基础上,建立了多层Y型偏心支撑钢框架有限元模型,分析了结构在火灾作用下与地震和火灾共同作用下抗火性能的差异,研究了不同参数对多层Y型偏心支撑钢框架整体结构的耐火极限温度和变形的影响,得到了多层Y型偏心支撑钢框架耐火极限温度随参数变化的规律。本文运用数值分析与理论分析相结合的方法,通过对Y型偏心支撑钢框架在震后火灾作用下抗火性能的研究,得到单层单跨及多层Y型偏心支撑钢框架在震后火灾作用下的失效模式及不同参数对其抗火性能的影响规律。最后,对参数的取值范围进行了探讨,并给出了相对合理的取值建议,为此类结构的设计验算提供了相应的理论依据和技术支撑,具有重要的现实意义和应用价值。
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