【摘 要】
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试验和数值模拟是研究结构抗火性能的两种重要研究手段,通过对结构中的局部构件或整体结构进行真实火灾试验能够较为真实地反映出结构在火灾下的破坏损伤和内力变化,但存在成本较高和边界条件复杂等缺点;仅对结构进行数值模拟能以较低成本模拟常规结构的抗火性能,但是无法精确反映特殊结构或关键部位在火灾作用下真实的受力情况。混合试验方法能同时兼顾物理试验和数值模拟两种方式的优势,将火灾作用下局部非线性较强的构件做为
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试验和数值模拟是研究结构抗火性能的两种重要研究手段,通过对结构中的局部构件或整体结构进行真实火灾试验能够较为真实地反映出结构在火灾下的破坏损伤和内力变化,但存在成本较高和边界条件复杂等缺点;仅对结构进行数值模拟能以较低成本模拟常规结构的抗火性能,但是无法精确反映特殊结构或关键部位在火灾作用下真实的受力情况。混合试验方法能同时兼顾物理试验和数值模拟两种方式的优势,将火灾作用下局部非线性较强的构件做为试验子结构进行火灾试验,其余部分作为数值子结构建立有限元模型进行数值模拟,对两者截面分割处的边界条件进行实时交互,来实现简单构件试验反映复杂整体结构抗火性能。同时为了提升试验子结构与数值子结构实时交互效率的同时保证计算精度,数值子结构采用多尺度建模方法。针对上述方法,本文以一榀四层四跨钢筋混凝土框架为整体结构,研究其在底层中柱四面受火工况以及震损后底层中柱四面受火工况下,多尺度建模方法的优势以及将多尺度建模与混合试验方法相结合的可行性与适用性,并对震损后火灾工况进行混合试验,通过真实试验分析来验证抗火混合试验的正确性。具体内容如下:(1)建立钢筋混凝土传统单柱、全实体单元平面框架、多尺度平面框架、混合模拟平面框架4种模型,进行了基于底层中柱受火工况下整体结构的抗火性能对比分析,研究不同建模方式的计算效率、约束对耐火极限的影响、混合模拟与常规数值模拟的差异。结果表明:在火灾工况下,周围构件的约束对受火构件耐火极限有较大影响;多尺度建模方法能大大提高计算效率的同时保证计算精度;采用多尺度抗火混合模拟的方法能较好的反映整体结构在火灾下的力学性能。(2)建立全实体单元框架、多尺度框架和多尺度混合模拟框架3种模型进行地震作用下的动力反应分析,然后进行震损后框架抗火性能分析,与第三章中各框架无损伤受火结构进行对比,最后考虑几何损伤对震损框架耐火性能的影响,探究其与地震作用的差别,从而评估其在混合模拟中的适用性。结果表明:在震损后火灾工况下,力学损伤和几何损伤对结构抗火性能的影响差异较大;多尺度建模方法在震后火工况下也能保证良好的计算效率的同时保证计算精度;采用多尺度抗火混合模拟的方法能较好的反映震损结构在火灾下的力学性能。(3)通过上述对钢筋混凝土框架抗火、震后火的混合模拟,结合实际混合试验方法,对试验子结构进行震损后抗火混合试验,其中3根试件进行动力时程分析,1根试件进行静力时程分析,并对这4根试件进行高温耐火极限试验,进一步探究在真实地震工况及火灾工况下,混合试验方法的可行性。试验证明:结合多尺度的混合试验方法对震损框架进行抗火研究时,能通过简单构件来近似反映出整体结构的变形,提供了一种低成本、高效率,同时又能保证一定的精度的分析方法。
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