震损钢筋混凝土框架结构抗火性能研究

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地震次生火灾会严重影响当地经济,造成人员伤亡与建筑物的坍塌,大约80%的情况下结构损坏是由地震次生火灾而不是地震本身造成的。在结构工程领域,已有结构抗震设计规范和标准均忽略震后火灾对结构的影响,对地震-火灾作用下结构响应的研究较少。钢筋混凝土结构(Reinforced concrete structure,RC结构)是现役建筑结构中应用最广泛的结构形式,本文采用数值模拟的方法,对震损RC结构的抗火性能开展研究,主要工作和成果如下:(1)归纳了已有高温下钢筋混凝土材料的热工和热力学性能模型,利用有限元软件ABAQUS分别建立了四面受火钢筋混凝土柱的温度场有限元和耐火极限有限元模型,并与已有试验结果进行对比,以验证模型的可靠性,并选出较为合理的计算模型用于本文;进行了四面受火钢筋混凝土柱截面温度场参数分析,分析了配筋率、升温时间、混凝土保护层厚度、含水率、截面尺寸及截面几何形状对截面温度场的影响。结果表明,影响截面温度场的主要因素有升温时间、保护层厚度,截面尺寸,其中升温时间对柱截面温度场影响最大。(2)建立了地震-火灾作用下的钢筋混凝土柱有限元模拟方案,并以震损钢筋混凝土柱为研究对象进行验证;分析了不同火灾工况下(单面受火,相邻两面受火,三面受火,四面受火)震损钢筋混凝土柱的耐火极限、截面温度场分布、破坏形态及内力变化,并与仅受火灾作用的钢筋混凝土柱进行对比,结果表明,随着受火面数的增加,钢筋混凝土柱的耐火极限逐渐降低,由于地震损伤,受损钢筋混凝土柱耐火极限要远小于仅受火灾作用柱的耐火极限;提出了一种基于侧移限值为指标的地震-火灾作用下RC构件性能评估方法,建立了在地震-火灾作用下结构竖向构件对应于不同破坏状态的最大层间位移角目标参考值。(3)建立了震损钢筋混凝土单层框架结构有限元模型,分别进行了地震作用下滞回曲线分析和火灾作用下温度场分析,并与已有试验结果进行对比;分析了地震-火灾作用下钢筋混凝土框架结构的内力变化与变形,并将变形结果与仅受火灾作用的框架进行对比;研究了在不同地震侧移程度下震损钢筋混凝土框架结构的抗火性能。结果表明,随着温度的升高,受损框架的水平位移值减小,在加热结束时,框架从往复加载结束时位置向后移动至初始位置;高温下受损框架内力变化复杂,其中梁端弯矩和梁的轴力变化更为剧烈。
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