基于多遇地震损伤的混凝土框架结构抗火性能试验研究

论文摘要

本文设计了两榀配筋相同的足尺寸单层单跨混凝土框架KJ1、KJ2,对KJ1先进行模拟多遇地震的低周反复荷载试验,接着进行了固定轴压比下的火灾反应试验,包括升温和降温过程;对KJ2直接进行固定轴压比下的火灾反应试验。研究了混凝土框架在火灾中的温度及变形反应,对KJ1、KJ2在试验后的表观现象、温度曲线、承载力变化等方面进行了对比分析,同时根据简化的温度场初步计算了框架柱的高温极限承载力。模拟多遇地震的KJ1试验包括捕捉框架的开裂荷载、裂缝的开展情况和量测裂缝的宽度等,测出框架KJ1的荷载—位移滞回曲线,分析得出骨架曲线,为后面的火灾试验提供一个损伤的初始状态,研究表明:在框架开裂前,力和位移基本呈线性关系,框架基本处于弹性工作状态;框架开裂后,滞回曲线开始呈现曲线形,随着荷载的逐级增加,开始明显向位移轴倾斜,所包围的面积逐级增大。随着作用力的增加,曲线斜率开始变小,框架刚度退化明显,表明结构进入非线性工作阶段。接着进行了KJ1和KJ2的火灾反应试验,采集了测点的温度及框架柱轴向位移量等数据,对两榀框架的最终试验状态进行了记录和分析,并对KJ1和KJ2在相对应的同一截面温度曲线及框架柱的轴向变形进行了分析对比,得出了以下主要结论:经历多遇地震损伤KJ1与正常状态的KJ2相比传热较快;框架柱在火灾中轴向变形较大,刚度退化KJ1较KJ2严重,但二者在降温过程中轴向变形均有明显的恢复;火灾的高温作用下,框架柱的承载能力迅速降低,主要体现在混凝土截面强度的损失、变形增大和工作性能的衰减和破坏等。最后,根据简化的截面计算温度场,对框架柱进行了高温极限承载力计算,且计算结果与最终试验现象从定性上分析是相符的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究抗震的重大意义
• 1.1.2 工程结构抗火的研究意义
• 1.1.2.1 火灾的发展过程以及影响因素
• 1.1.2.2 火灾的危害以及研究的必要性
• 1.1.3 震后工程结构抗火的研究意义
• 1.2 工程结构抗震的研究现状
• 1.2.1 结构动力分析数值方法的演变
• 1.2.2 工程结构抗震试验研究的演变
• 1.3 工程结构抗火的国内外研究现状
• 1.3.1 基于材料层次上的研究现状
• 1.3.2 基于构件层次上的研究现状
• 1.3.3 基于整体结构的研究现状
• 1.4 工程结构震后火灾研究的现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 模拟多遇地震下的混凝土损伤框架试验研究
• 2.1 结构低周反复荷载静力试验
• 2.2 试验目的
• 2.3 模型结构设计
• 2.3.1 模型设计
• 2.3.2 KJ1、KJ2的配筋信息
• 2.3.3 材料及制作
• 2.3.4 应变片的布置
• 2.4 试验设备、仪器及加载制度
• 2.4.1 框架的固定
• 2.4.2 试验所需主要仪器及参数
• 2.4.3 加载设备
• 2.4.4 试验加载制度
• 2.5 试验结果与分析
• 2.5.1 试验现象描述
• 2.5.2 滞回曲线
• 2.5.3 骨架曲线
• 2.6 本章小结
• 第3章 损伤混凝土框架结构火灾性能试验研究
• 3.1 试验目的
• 3.2 火灾试验设备、仪器及加载制度
• 3.2.1 火灾试验系统
• 3.2.2 火灾温度变化特点
• 3.2.3 标准升温曲线
• 3.2.4 加载方案的确定
• 3.2.5 边界条件的实现
• 3.3 试验数据的采集
• 3.3.1 温度数据测量
• 3.3.2 轴向变形数据测量
• 第4章 损伤混凝土框架结构火灾反应对比分析
• 4.1 火灾试验现象与分析
• 4.1.1 KJ1的试验现象
• 4.1.2 KJ2的试验现象
• 4.1.3 KJ1、KJ2试验现象对比
• 4.2 炉温与标准升温曲线对比
• 4.3 框架火灾试验分析
• 4.3.1 KJ1、KJ2同一截面温度曲线对比
• 4.3.2 KJ1、KJ2沿框架柱轴线方向温度曲线对比
• 4.3.3 框架变形反应研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 高温下损伤混凝土框架柱承载力简化计算
• 5.1 引言
• 5.2 框架柱高温承载力初步计算
• 5.2.1 计算基本思路
• 5.2.2 计算基本假定
• 5.2.3 截面温度场的简化计算
• 5.2.4 钢筋强度折减
• 5.3 框架柱承载力简化计算
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢