酸性大氣環(huán)境下多齡期鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、近年來地震頻發(fā)，鋼結(jié)構(gòu)因其抗震性能優(yōu)良有被廣泛應(yīng)用于民用住宅的趨勢(shì)。在鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用的背景下，由銹蝕帶來的耐久性問題也變得愈發(fā)嚴(yán)重，銹蝕將造成鋼構(gòu)件截面削弱、鋼材力學(xué)性能降低，進(jìn)而影響鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能。針對(duì)上述問題，本文從材性、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)三個(gè)方面分別研究了銹蝕對(duì)鋼材力學(xué)性能、鋼框架柱抗震性能、鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上建立銹蝕鋼框架結(jié)構(gòu)地震損傷模型、恢復(fù)力模型及概率地震易損性模型?？紤]到鋼框架結(jié)構(gòu)在整個(gè)使用壽命年限內(nèi)

2、將遭受腐蝕及地震的影響，對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于損傷可靠度的全壽命優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用戶外自然加速暴露試驗(yàn)方法對(duì)城市酸性大氣環(huán)境進(jìn)行模擬，對(duì)63個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼材材性試件及空間鋼框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行酸性大氣腐蝕，得到具有不同銹蝕程度的鋼材材性試件及銹蝕空間鋼框架結(jié)構(gòu)；對(duì)具有不同銹蝕程度的鋼材材性試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了鋼材力學(xué)性能（包括屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、彈性模量及伸長(zhǎng)率）與失重率之間的

3、數(shù)學(xué)關(guān)系。在上述材性試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)構(gòu)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)歐進(jìn)萍等人提出的鋼結(jié)構(gòu)地震損傷模型進(jìn)行改造，建立了在役鋼框架時(shí)變地震損傷模型；對(duì)時(shí)變損傷模型進(jìn)行算例應(yīng)用，結(jié)果表明，本文建立的時(shí)變損傷模型可以很好的體現(xiàn)銹蝕損傷對(duì)鋼框架抗震性能的影響。⑵利用氣霧腐蝕箱對(duì)城市酸性大氣環(huán)境進(jìn)行模擬，對(duì)6榀鋼框架柱進(jìn)行酸性大氣腐蝕；通過改變銹蝕程度、軸壓比，對(duì)6榀鋼框架柱試件進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，考察了銹蝕鋼框架柱的破壞過程與特征，研究了不同銹蝕程度、軸

4、壓比對(duì)鋼框架柱的荷載-位移滯回曲線、骨架曲線、強(qiáng)度和剛度退化、變形能力、滯回耗能等力學(xué)性能的影響。基于上述試驗(yàn)的結(jié)果，建立了基于損傷的銹蝕鋼框架柱恢復(fù)力模型。⑶對(duì)2榀銹蝕程度不同（分別為未銹蝕、嚴(yán)重銹蝕）的空間鋼框架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，測(cè)定了2榀鋼框架結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)力特性及不同烈度下的地震反應(yīng)，對(duì)比分析了銹蝕損傷對(duì)結(jié)構(gòu)自振頻率、振型形態(tài)、位移反應(yīng)、加速度反應(yīng)、應(yīng)變反應(yīng)及破壞情況的影響；根據(jù)相似關(guān)系推算出原型結(jié)構(gòu)在不同水準(zhǔn)地震作

5、用下的自振頻率、振動(dòng)形態(tài)、加速度反應(yīng)、位移反應(yīng)及剪力分布。⑷基于時(shí)變地震損傷模型提出了酸性大氣環(huán)境作用下多齡期鋼框架結(jié)構(gòu)概率地震易損性分析方法及步驟；考慮服役齡期對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，分別建立時(shí)變概率地震需求模型、時(shí)變概率抗震能力模型及時(shí)變易損性模型；在概率地震需求分析及概率抗震能力分析的基礎(chǔ)上，得到多齡期（20年、30年、40年、50年）鋼框架結(jié)構(gòu)的易損性模型及易損性曲線。⑸基于“投資-效益”準(zhǔn)則，建立鋼框架結(jié)構(gòu)全壽命抗震優(yōu)化設(shè)