鋼-混凝土組合結構火災力學性能及工程應用

第1章 鋼管混凝土柱-鋼梁框架的耐火性能  001
1.1 圓鋼管混凝土柱- 鋼梁框架的耐火性能  001
1.1.1 引言  001
1.1.2 火災下鋼管混凝土平面框架結構有限元計算模型的建立  001
1.1.2.1 典型框架的確定  001
1.1.2.2 材料熱工參數(shù)和熱力學模型   003
1.1.2.3 有限元模型概述  004
1.1.2.4 有限元模型的驗證  004
1.1.3 框架溫度場  007
1.1.4 火災下鋼管混凝土框架結構耐火性能分析  007
1.1.4.1 局部破壞形態(tài)  008
1.1.4.2 整體破壞形態(tài)  010
1.1.5 結論  011
1.2 矩形鋼管混凝土柱- 鋼梁平面框架的耐火性能  012
1.2.1 引言  012
1.2.2 矩形鋼管混凝土框架結構耐火性能有限元計算模型  012
1.2.2.1 典型框架的確定  012
1.2.2.2 材料熱工參數(shù)和熱力學模型  013
1.2.2.3 有限元模型及其網(wǎng)格劃分  013
1.2.2.4 有限元模型的驗證  013
1.2.3 框架溫度場  014
1.2.4 框架結構耐火性能  014
1.2.4.1 破壞形態(tài)及破壞機理  014
1.2.4.2 框架結構耐火極限  016
1.2.5 結論  016
第2章 端部約束鋼管混凝土柱的耐火性能   018
2.1 端部約束鋼管混凝土柱的耐火性能參數(shù)分析  018
2.1.1 引言  018
2.1.2 火災下端部約束鋼管混凝土柱耐火性能有限元計算模型  019
2.1.2.1 端部約束鋼管混凝土柱耐火性能計算模型  019
2.1.2.2 材料熱工參數(shù)和熱力學模型  020
2.1.3 端部約束鋼管混凝土柱耐火性能的參數(shù)分析  020
2.1.3.1 軸向約束剛度的影響  020
2.1.3.2 轉動約束剛度的影響  024
2.1.3.3 軸向約束和轉動約束共同作用 026
2.1.4 結論  033
2.2 受框架約束鋼管混凝土柱的耐火性能參數(shù)分析  033
2.2.1 引言  033
2.2.2 火災下框架約束鋼管混凝土柱耐火性能有限元計算模型  033
2.2.2.1 典型框架的確定  033
2.2.2.2 有限元模型概述 035
2.2.3 材料熱工及高溫性能參數(shù)  035
2.2.4 框架梁柱截面溫度場  035
2.2.5 火災下框架整體的破壞形態(tài)  035
2.2.6 火災下鋼管混凝土柱的破壞形態(tài)  036
2.2.6.1 四面受火柱 036
2.2.6.2 三面受火柱 037
2.2.7 框架柱耐火極限參數(shù)分析  037
2.2.7.1 四面受火框架柱  038
2.2.7.2 三面受火框架柱 039
2.2.8 結論  039
第3章 鋼筋混凝土框架結構的耐火性能 041
3.1 軸向約束鋼筋混凝土T 形梁的耐火性能參數(shù)分析  041
3.1.1 引言  041
3.1.2 火災下鋼筋混凝土T 形梁的有限元計算模型   041
3.1.2.1 鋼筋混凝土T 形梁模型  041
3.1.2.2 材料熱工參數(shù)及高溫力學性能參數(shù)        042
3.1.2.3 有限元模型的建立  042
3.1.3 鋼筋混凝土T 形梁的耐火性能參數(shù)分析   044
3.1.3.1 軸向約束剛度比的選取  044
3.1.3.2 梁的破壞形式和耐火極限的參數(shù)分析 045
3.1.3.3 鋼筋和混凝土應力分布規(guī)律  046
3.1.4 結論  049
3.2 鋼筋混凝土框架結構耐火性能及抗火設計方法  049
3.2.1 引言  049
3.2.2 鋼筋混凝土框架結構耐火性能高效計算模型  049
3.2.2.1 典型框架的確定  049
3.2.2.2 火災場景設計 050
3.2.2.3 有限元模型概述 051
3.2.3 框架結構的破壞形態(tài)及耐火極限  051
3.2.3.1 框架結構耐火極限的定義  051
3.2.3.2 框架結構的破壞形態(tài)及耐火極限 051
3.2.4 框架的局部破壞形態(tài)  052
3.2.4.1 變形及內力 052
3.2.4.2 框架結構的耐火極限狀態(tài)  054
3.2.4.3 框架的耐火極限 055
3.2.5 框架結構的整體破壞形態(tài)  055
3.2.5.1 變形及內力 055
3.2.5.2 框架結構的耐火極限狀態(tài)  058
3.2.5.3 耐火極限 058
3.2.6 框架結構抗火設計方法  058
3.2.7 結論  059
第4章 型鋼混凝土結構耐火性能試驗研究及計算模型 060
4.1 受約束型鋼混凝土柱耐火性能試驗研究及計算模型  060
4.1.1 引言  060
4.1.2 型鋼混凝土約束柱耐火性能試驗研究  060
4.1.2.1 試驗設計及試驗裝置  060
4.1.2.2 試驗過程 064
4.1.2.3 試驗結果及分析  064
4.1.3 型鋼混凝土約束柱耐火性能分析  073
4.1.3.1 計算模型的建立  073
4.1.3.2 試驗溫度場分析  073
4.1.3.3 柱頂豎向位移-時間關系 074
4.1.3.4 柱頂轉角位移-時間關系 076
4.1.4 結論  077
4.2 型鋼混凝土框架結構耐火性能試驗研究及計算模型  078
4.2.1 引言  078
4.2.2 型鋼混凝土框架結構耐火性能試驗研究  079
4.2.2.1 試驗概況 079
4.2.2.2 框架的破壞形態(tài) 088
4.2.2.3 框架梁受剪破壞形態(tài)  088
4.2.2.4 框架梁柱破壞形態(tài)  095
4.2.2.5 框架柱破壞形態(tài) 099
4.2.2.6 框架梁耐火性能分析  114
4.2.2.7 柱破壞時框架耐火性能分析  115  
4.2.3 型鋼混凝土框架結構耐火性能有限元計算模型  116
4.2.3.1 溫度場計算模型  116
4.2.3.2 高溫下力學性能計算模型  119
4.2.3.3 型鋼混凝土框架結構耐火性能有限元計算模型的驗證  121
4.2.3.4 小結  129
4.2.4 結論  129
第5章 型鋼混凝土框架結構耐火性能分析 131
5.1 豎向荷載作用下型鋼混凝土框架結構的耐火性能  131
5.1.1 引言  131
5.1.2 有限元計算模型  131
5.1.2.1 典型框架的確定  131
5.1.2.2 有限元模型概述  133
5.1.2.3 有限元模型的驗證  134
5.1.3 框架的破壞形態(tài)及耐火極限  136
5.1.4 框架的局部破壞形態(tài) 138
5.1.4.1 變形及內力重分布  138
5.1.4.2 耐火極限 150
5.1.5 框架的整體破壞形態(tài)  150
5.1.5.1 變形及內力重分布  150
5.1.5.2 耐火極限 157
5.1.6 結論  157
5.2 水平荷載作用下型鋼混凝土框架結構的耐火性能  158
5.2.1 引言  158
5.2.2 有限元計算模型  159
5.2.2.1 典型框架的確定  159
5.2.2.2 火災場景設計 160
5.2.2.3 有限元模型 161
5.2.2.4 有限元模型的驗證  161
5.2.3 框架的破壞形態(tài)及耐火極限  161
5.2.4 框架整體傾覆破壞形態(tài)  163
5.2.4.1 變形及破壞形態(tài)  163
5.2.4.2 耐火極限 173
5.2.5 框架梁破壞形態(tài)  173
5.2.5.1 變形及破壞形態(tài)  173
5.2.5.2 耐火極限 176
5.2.6 框架頂層破壞形態(tài)  177
5.2.6.1 變形及破壞形態(tài)  177
5.2.6.2 耐火極限 179  
5.2.7 結論  180
5.3 火災降溫階段型鋼混凝土結構力學性能研究  180
5.3.1 引言  180
5.3.2 型鋼混凝土框架結構升降溫力學性能試驗  181
5.3.2.1 試驗概況 181
5.3.2.2 試驗結果及分析 181
5.3.3 型鋼混凝土柱升降溫力學性能試驗  184
5.3.4 理論分析  184
5.3.4.1 理論分析方法 184
5.3.4.2 型鋼混凝土柱 185
5.3.4.3 型鋼混凝土框架 186
5.3.5 結論  188
第6章 火災后型鋼混凝土結構的靜力力學性能 189
6.1 火災后型鋼混凝土柱力學性能試驗研究  189
6.1.1 引言  189
6.1.2 試驗方案  189
6.1.2.1 考慮火災作用全過程的火災后型鋼混凝土柱力學性能試驗方法  189
6.1.2.2 試件設計 190
6.1.2.3 試驗裝置 192
6.1.3 試驗結果  192
6.1.3.1 溫度場試驗結果  192
6.1.3.2 破壞形態(tài) 193
6.1.3.3 柱頂豎向位移 196
6.1.3.4 柱荷載-位移曲線  197
6.1.4 火災后承載能力的參數(shù)分析  198
6.1.4.1 受火時間的影響  199
6.1.4.2 含鋼率的影響 199
6.1.4.3 荷載比的影響        199
6.1.5 結論  200
6.2 考慮火災全過程的型鋼混凝土柱力學性能計算模型  200
6.2.1 引言  200
6.2.2 有限元模型的建立  201
6.2.2.1 溫度場計算模型  201
6.2.2.2 材料力學性能計算模型  202
6.2.3 溫度場計算結果與實測結果的對比  208
6.2.4 柱頂位移計算結果與實測結果的對比  209
6.2.5 火災后承載能力  211
6.2.6 結論  211
6.3 火災后型鋼混凝土偏心受壓柱偏心距增大系數(shù)計算方法  212
6.3.1 引言  212
6.3.2 試驗概況  213
6.3.3 火災后型鋼混凝土偏心受壓柱偏心距增大系數(shù)  213
6.3.4 偏心距增大系數(shù)η 的計算  214
6.3.4.1 基本假定 214
6.3.4.2 火災后SRC 柱極限曲率的計算 215
6.3.4.3 曲率修正系數(shù)k1、k2  216
6.3.5 試驗驗證  216
6.3.6 結論  217
第7章 火災后型鋼混凝土柱的抗震性能 218
7.1 火災后型鋼混凝土柱抗震性能試驗研究  218
7.1.1 引言  218
7.1.2 火災后型鋼混凝土柱抗震性能試驗  218
7.1.2.1 試件設計 218
7.1.2.2 溫度場試驗 220
7.1.2.3 試驗加載裝置及加載制度  221
7.1.3 試驗結果  222
7.1.3.1 溫度場分布 222
7.1.3.2 破壞形態(tài) 223
7.1.3.3 滯回曲線及骨架曲線  225
7.1.4 結論  226
7.2 火災后型鋼混凝土柱抗震性能有限元計算模型  227
7.2.1 引言  227
7.2.2 有限元計算模型  227
7.2.2.1 材料熱工參數(shù)及溫度場計算模型 227
7.2.2.2 火災后力學性能計算模型  227
7.2.3 溫度場計算結果與實測結果的對比  232
7.2.4 破壞形態(tài)計算結果與試驗結果的對比  234
7.2.5 滯回曲線計算結果與實測結果的對比  234
7.3 火災后型鋼混凝土柱恢復力計算模型  235
7.3.1 引言  235
7.3.2 試件概況  236
7.3.3 火災后型鋼混凝土柱的恢復力模型  236
7.3.3.1 骨架曲線 236
7.3.3.2 恢復力模型 244
7.3.3.3 試驗曲線與計算曲線的比較  245
7.3.4 結論  245  
第8章 火災后型鋼混凝土框架結構抗震性能 248
8.1 火災后SRC 柱-SRC 梁框架抗震性能試驗研究  248
8.1.1 引言  248
8.1.2 試驗概況  248
8.1.2.1 試件制作及模型的選取  248
8.1.2.2 試驗裝置和測試內容  251
8.1.3 試驗過程  253
8.1.4 框架升降溫試驗的結果及分析  254
8.1.4.1 試驗現(xiàn)象和破壞特征  254
8.1.4.2 溫度-時間關系曲線  257
8.1.4.3 位移-時間關系曲線  258
8.1.5 火災后抗震性能試驗結果及分析  260
8.1.5.1 試驗現(xiàn)象和破壞特征  260
8.1.5.2 火災后抗震性能試驗破壞形態(tài) 263
8.1.5.3 滯回曲線及骨架曲線  266
8.1.6 抗震性能的參數(shù)分析  267
8.1.6.1 滯回性能參數(shù)分析  267
8.1.6.2 剛度退化規(guī)律 270
8.1.6.3 阻尼系數(shù) 271
8.1.6.4 延性  271
8.1.7 結論  273
8.2 火災后SRC 柱-RC 梁框架結構抗震性能試驗研究 273
8.2.1 引言  273
8.2.2 試件設計  274
8.2.3 試驗裝置和測試內容  276
8.2.3.1 試驗裝置 276
8.2.3.2 量測內容 278
8.2.4 試驗過程  280
8.2.4.1 升降溫力學性能試驗  280
8.2.4.2 火災后框架抗震性能試驗  280
8.2.5 框架升降溫試驗的結果及分析  281
8.2.5.1 試驗現(xiàn)象和破壞特征  281
8.2.5.2 溫度-時間關系曲線  282
8.2.5.3 位移-時間關系曲線  283
8.2.6 火災后抗震性能試驗結果及分析  285
8.2.7 火災后抗震性能試驗破壞形態(tài)比較分析  292
8.2.8 滯回曲線及骨架曲線  293
8.2.9 抗震性能的參數(shù)分析  294  
8.2.9.1 滯回性能 294
8.2.9.2 剛度退化規(guī)律 295
8.2.9.3 延性  296
8.2.9.4 阻尼系數(shù) 297
8.2.10 結論 298
8.3 火災后型鋼混凝土框架結構抗震性能計算模型  298
8.3.1 引言  298
8.3.2 材料熱工參數(shù)及溫度場計算模型  298
8.3.3 材料本構關系  299
8.3.3.1 鋼材 299
8.3.3.2 混凝土  299
8.3.3.3 升溫、降溫及火災后各階段材料本構關系的轉變  300
8.3.4 混凝土與型鋼、鋼筋之間界面的黏結-滑移特性  300
8.3.4.1 型鋼與混凝土之間的黏結滑移特性 300
8.3.4.2 鋼筋與混凝土之間的黏結滑移特性 300
8.3.4.3 鋼筋-混凝土、型鋼-混凝土界面處理  300
8.3.5 有限元模型的網(wǎng)格劃分  301
8.3.6 溫度場計算結果與實測結果的對比  302
8.3.7 滯回曲線計算結果與實測結果的對比  303
8.3.7.1 破壞形態(tài) 303
8.3.7.2 滯回曲線 305
8.3.8 結論  307
8.4 基于梁柱單元的火災后框架結構力學性能分析方法  307
8.4.1 引言  307
8.4.2 分析方法簡介  308
8.4.2.1 全過程火災后建筑結構力學性能分析原理  308
8.4.2.2 分析過程 308
8.4.2.3 材料子程序（UMAT）編制方法  308
8.4.3 升溫、降溫及火災后各階段混凝土的應力-應變關系  309
8.4.3.1 升溫階段 309
8.4.3.2 降溫階段 310
8.4.3.3 火災后階段 310
8.4.4 升溫、降溫及火災后階段鋼材的應力-應變關系  311
8.4.4.1 應力-應變關系  311
8.4.4.2 鋼材的強化模型 312
8.4.5 混凝土塑性增量本構關系  312
8.4.5.1 屈服函數(shù)及增量本構關系  312
8.4.5.2 混凝土應力-塑性應變關系及塑性模量  314
8.4.5.3 升溫階段溫度變化前后應力應變狀態(tài)的轉變  316
8.4.5.4 強化模型 317  
8.4.6 分析方法的驗證  317
8.4.6.1 鋼筋混凝土框架耐火性能試驗 317
8.4.6.2 火災升降溫及火災后型鋼混凝土柱力學性能試驗  318
8.4.6.3 火災后型鋼混凝土柱抗震性能試驗 319
8.4.7 結論  321
8.5 火災后高層型鋼混凝土框架結構的抗震性能評估  322
8.5.1 引言  322
8.5.2 計算原理  322
8.5.3 典型型鋼混凝土框架結構的設計  322
8.5.4 框架結構地震靜力非線性分析  325
8.5.4.1 升降溫過程中框架截面溫度場及力學性能變化規(guī)律  325
8.5.4.2 火災后框架在地震力作用下破壞形態(tài)的參數(shù)分析  329
8.5.4.3 火災后框架水平地震承載能力的參數(shù)分析 331
8.5.5 非線性地震時程分析  333
8.5.5.1 頂層位移 334
8.5.5.2 彈塑性層間位移角  335
8.5.5.3 底層剪力- 時間關系  336
8.5.6 結論  336
8.6 型鋼混凝土結構火災后性能評估方法的工程應用  337
8.6.1 引言  337
8.6.2 TVCC 建筑結構的總體評估思路 338
8.6.3 火災現(xiàn)場調查及數(shù)值模擬  339
8.6.4 火災與荷載耦合分析方法  343
8.6.5 整體結構的火災全過程反應分析  343
8.6.6 火災后整體結構及構件承載能力驗算  346
8.6.6.1 火災后整體結構承載能力驗算 346
8.6.6.2 火災后構件承載能力驗算  346
8.6.7 試驗研究  347
8.6.8 結語  349
參考文獻 350
主要參考文獻 354