【摘 要】
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针对结构抗火性能试验,国内外目前主要采用两种方法:一种是整体结构抗火试验,一种是单独构件抗火试验。但是,整体结构抗火试验成本高、代价大、通用性差,对试验设备要求高,而单独构件抗火试验是在恒定的边界条件下进行,无法体现实际位于整体结构中的受火构件的力学特性。因此本文引入一种研究结构抗火的新方法:抗火混合试验方法。抗火混合试验方法的基本思想是将整体结构划分为两部分:无法精准模拟反应特性的部分在实验室作
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针对结构抗火性能试验,国内外目前主要采用两种方法:一种是整体结构抗火试验,一种是单独构件抗火试验。但是,整体结构抗火试验成本高、代价大、通用性差,对试验设备要求高,而单独构件抗火试验是在恒定的边界条件下进行,无法体现实际位于整体结构中的受火构件的力学特性。因此本文引入一种研究结构抗火的新方法:抗火混合试验方法。抗火混合试验方法的基本思想是将整体结构划分为两部分:无法精准模拟反应特性的部分在实验室作为试验子结构进行加载升温试验,其余构件用有限元方法进行数值分析。两者之间通过边界力和边界位移的数据交互来满足子结构分割界面处的力平衡和位移协调。但是,试验子结构的边界条件往往较为复杂,抗火混合试验方法考虑通过数据转换的方式简化试验子结构的边界条件,既考虑现有的试验条件,又充分考虑周围构件对受火构件的约束作用。本文主要的研究内容如下:(1)以传热学理论为指导,选取适当的材料高温本构模型,进行结构的抗火分析。以抗火混合试验基本理论为指导,整理总结了柱和梁分别作为试验子结构的抗火混合模拟整体坐标系和局部坐标系的转换过程。(2)以一榀四层四跨钢筋混凝土框架为研究对象,将试验子结构的边界延伸至上层柱以及两侧梁的反弯点处可以充分考虑上部结构对受火构件不同的约束效应,考虑边柱和中柱受火两种工况,分别建立整体结构、传统受火柱和混合模拟模型。对三种模型的各项力学性能进行对比,验证基于约束柱子结构的抗火混合模拟方法的可行性。(3)充分考虑了基于约束柱子结构的抗火混合模拟方法的局限性只能应用于底层区域受火,上层区域受火条件下该子结构的分割方法边界条件较为复杂不适用。进一步研究了不同试验单元作为试验子结构的抗火混合模拟方法的可行性。(4)采用两种方法分别建立结构的地震材料力学性能和几何损伤模型,一种是输入地震波进行动力弹塑性分析。一种是建立考虑裂缝、剥落和残余变形的损伤模型。分别运用基于约束柱子结构的抗火混合模拟方法,探究震损后抗火混合模拟方法的可行性。(5)假设火灾发生在框架的6个不同区域,取单根受火柱为试验子结构,运用子结构抗火混合模拟的方法研究不同区域受火条件下的结构的抗火性能,充分体现处于整体结构中不同受火区域受到的约束作用。
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