火災(zāi)后鋁管框架的地震反應(yīng)分析

采用時(shí)程分析法計(jì)算框架的水平地震作用，采用層間剪切模型作為所計(jì)算框架的力學(xué)模型，采用Newmark積分方法求解動力方程，編制了相應(yīng)的程序；給出了鋁管混凝土柱PΔ骨架曲線的簡化公式，確定了其主要參數(shù)(彈性剛度、屈服荷載、屈服位移)以供地震反應(yīng)計(jì)算時(shí)所用，采用雙線性滯回模型；利用所編制的程序計(jì)算了三個(gè)框架(8層、12層和16層)彈塑性地震反應(yīng)。分析表明：所給出的側(cè)向力—位移簡化公式所得結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合良好，可以作為計(jì)算框架彈塑性地震反應(yīng)的基本數(shù)據(jù)；所設(shè)計(jì)的三個(gè)框架在火災(zāi)前后都能夠滿足大震不倒的抗震要求；從三個(gè)框架火災(zāi)前后的地震反應(yīng)分析得到常溫下，對于質(zhì)量和剛度比較均勻的框架結(jié)構(gòu)，地震作用下薄弱層發(fā)生在軸壓比較大的底部兩層；受火后一般薄弱層在底部兩層和受火層，對于容易發(fā)生火災(zāi)的層要加強(qiáng)防火設(shè)計(jì)，以保證結(jié)構(gòu)在發(fā)生火災(zāi)后不會造成太大的損失；從時(shí)程曲線中分析得到薄弱層與極值響應(yīng)圖得到薄弱層的結(jié)果基本一致，可以用這兩種方法中的任一種來判斷薄弱層。本文的研究成果可為火災(zāi)后方鋁管混凝土框架的抗震設(shè)計(jì)以及震后的加固、修復(fù)提供依據(jù)，并為深入開展火災(zāi)后鋁管混凝土框架抗震性能的研究奠定了基礎(chǔ)。

實(shí)際的工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，火災(zāi)后鋁管砼框架柱的受力性能分析及應(yīng)用 由于鋁管混凝土構(gòu)件具有良好的抗火和抗震性能。國內(nèi)外學(xué)者對鋁管混凝土在常溫下的力學(xué)性能研究已經(jīng)比較廣泛，但對其火災(zāi)后的抗震性能研究相對比較少，這使受火后鋁管混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)、加固沒有充分的理論依據(jù)。隨著鋁管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中越來越廣泛的應(yīng)用，研究火災(zāi)后鋁管混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能具有實(shí)際的工程意義。下面主要研究方形與矩形鋁管混凝土的力學(xué)性能。本文主要研究工作為：第1部分．采用有限元法分析四面均勻受火的方形與矩形鋁管混凝土柱的溫度場，編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，分析了截面尺寸、含鋼率、防火涂料保護(hù)層厚度對方形和矩形鋁管混凝土溫度的影響，并比較了面積相同情況下方形和矩形鋁管混凝土中心點(diǎn)的溫度。研究表明，隨著鋁管混凝土截面尺寸的增大，截面內(nèi)溫度場降低；含鋼率對鋁管混凝土截面內(nèi)溫度場影響不是很大，如果方鋁管混凝土核心混凝土的面積確定，則鋁管壁厚對截面溫度幾乎沒有影響；隨著防火涂料保護(hù)層厚度的增大，截面內(nèi)溫度場大幅度降低；截面面積相同的情況下，

隨著鋁管混凝土截面面積的增大，中心點(diǎn)的溫度逐漸減??；矩形鋁管混凝土中心點(diǎn)的溫度比方形鋁管混凝土中心點(diǎn)的溫度高；這主要是因?yàn)樗拿媸芑鸬木匦武X管混凝土短邊方向傳熱途徑較短，傳熱較快，從而導(dǎo)致其溫度升高；隨著鋁管混凝土截面面積的增大，方形和矩形核心混凝土中心點(diǎn)的溫度的差值也越來越大。第2部分．選擇了高溫作用后鋁管和核心混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系；采用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算了鋁管混凝土構(gòu)件彎矩—曲率全過程曲線，通過對計(jì)算結(jié)果的分析，得到常溫下矩形鋁管混凝土極限承載力的簡化計(jì)算公式；通過與常溫下極限承載力的比較，得到高溫后裸方鋁管混凝土、防火涂料保護(hù)層方鋁管混凝土、混凝土保護(hù)層方鋁管混凝土的極限承載力影響系數(shù)Ψ的公式以及混凝土保護(hù)層矩形鋁管混凝土的極限承載力影響系數(shù)Ψ的簡化公式，通過模擬回歸，得到方鋁管混凝土簡化彎矩—曲率關(guān)系曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并給出了受火后鋁管混凝土抗彎剛度的簡化計(jì)算公式。分析結(jié)果表明：面積相同的情況下，矩形鋁管混凝土的抗彎承載力隨著長寬比的增大而增加，但要保證有足夠的側(cè)向支撐；火災(zāi)后裸鋁管混凝土的抗彎承載力影響系數(shù)Ψ只與截面尺寸、受火時(shí)間有關(guān)，加保護(hù)層(防火涂料或混凝土保護(hù)層)鋁管混凝土的抗彎承載力影響系數(shù)Ψ還與保護(hù)層厚度有關(guān)。

采用時(shí)程分析法計(jì)算框架的水平地震作用，采用層間剪切模型作為所計(jì)算框架的力學(xué)模型，采用Newmark積分方法求解動力方程，并編制了相應(yīng)的程序；給出了鋁管混凝土柱PΔ骨架曲線的簡化公式，確定了其主要參數(shù)(彈性剛度、屈服荷載、屈服位移)以供地震反應(yīng)計(jì)算時(shí)所用，采用雙線性滯回模型；利用所編制的程序計(jì)算了三個(gè)框架(8層、12層和16層)彈塑性地震反應(yīng)。分析表明：所給出的側(cè)向力—位移簡化公式所得結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合良好，可以作為計(jì)算框架彈塑性地震反應(yīng)的基本數(shù)據(jù)；所設(shè)計(jì)的三個(gè)框架在火災(zāi)前后都能夠滿足大震不倒的抗震要求；從三個(gè)框架火災(zāi)前后的地震反應(yīng)分析得到常溫下，對于質(zhì)量和剛度比較均勻的框架結(jié)構(gòu)，地震作用下薄弱層發(fā)生在軸壓比較大的底部兩層；受火后一般薄弱層在底部兩層和受火層，對于容易發(fā)生火災(zāi)的層要加強(qiáng)防火設(shè)計(jì)，以保證結(jié)構(gòu)在發(fā)生火災(zāi)后不會造成太大的損失；從時(shí)程曲線中分析得到薄弱層與極值響應(yīng)圖得到薄弱層的結(jié)果基本一致，可以用這兩種方法中的任一種來判斷薄弱層。本文的研究成果可為火災(zāi)后方鋁管混凝土框架的抗震設(shè)計(jì)以及震后的加固、修復(fù)提供依據(jù)，并為深入開展火災(zāi)后鋁管混凝土框架抗震性能的研究奠定了基礎(chǔ)。