鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)火災(zāi)力學(xué)性能及工程應(yīng)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(zāi)下鋼管混凝土平面框架結(jié)構(gòu)有限元計(jì)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(xué)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(yàn)證  004
1.1.3 框架溫度場(chǎng)  007
1.1.4 火災(zāi)下鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)耐火性能有限元計(jì)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(xué)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(yàn)證  013
1.2.3 框架溫度場(chǎng)  014
1.2.4 框架結(jié)構(gòu)耐火性能  014
1.2.4.1 破壞形態(tài)及破壞機(jī)理  014
1.2.4.2 框架結(jié)構(gòu)耐火極限  016
1.2.5 結(jié)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(zāi)下端部約束鋼管混凝土柱耐火性能有限元計(jì)算模型  019
2.1.2.1 端部約束鋼管混凝土柱耐火性能計(jì)算模型  019
2.1.2.2 材料熱工參數(shù)和熱力學(xué)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(zhuǎn)動(dòng)約束剛度的影響  024
2.1.3.3 軸向約束和轉(zhuǎn)動(dòng)約束共同作用 026
2.1.4 結(jié)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(zāi)下框架約束鋼管混凝土柱耐火性能有限元計(jì)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(chǎng)  035
2.2.5 火災(zāi)下框架整體的破壞形態(tài)  035
2.2.6 火災(zāi)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(jié)論  039
第3章 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)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(zāi)下鋼筋混凝土T 形梁的有限元計(jì)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(xué)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(yīng)力分布規(guī)律  046
3.1.4 結(jié)論  049
3.2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)耐火性能及抗火設(shè)計(jì)方法  049
3.2.1 引言  049
3.2.2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)耐火性能高效計(jì)算模型  049
3.2.2.1 典型框架的確定  049
3.2.2.2 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì) 050
3.2.2.3 有限元模型概述 051
3.2.3 框架結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)及耐火極限  051
3.2.3.1 框架結(jié)構(gòu)耐火極限的定義  051
3.2.3.2 框架結(jié)構(gòu)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(nèi)力 052
3.2.4.2 框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的整體破壞形態(tài)  055
3.2.5.1 變形及內(nèi)力 055
3.2.5.2 框架結(jié)構(gòu)的耐火極限狀態(tài)  058
3.2.5.3 耐火極限 058
3.2.6 框架結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法  058
3.2.7 結(jié)論  059
第4章 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能試驗(yàn)研究及計(jì)算模型 060
4.1 受約束型鋼混凝土柱耐火性能試驗(yàn)研究及計(jì)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(yàn)研究  060
4.1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)裝置  060
4.1.2.2 試驗(yàn)過(guò)程 064
4.1.2.3 試驗(yàn)結(jié)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(jì)算模型的建立  073
4.1.3.2 試驗(yàn)溫度場(chǎng)分析  073
4.1.3.3 柱頂豎向位移-時(shí)間關(guān)系 074
4.1.3.4 柱頂轉(zhuǎn)角位移-時(shí)間關(guān)系 076
4.1.4 結(jié)論  077
4.2 型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)耐火性能試驗(yàn)研究及計(jì)算模型  078
4.2.1 引言  078
4.2.2 型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)耐火性能試驗(yàn)研究  079
4.2.2.1 試驗(yàn)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(shí)框架耐火性能分析  115  
4.2.3 型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)耐火性能有限元計(jì)算模型  116
4.2.3.1 溫度場(chǎng)計(jì)算模型  116
4.2.3.2 高溫下力學(xué)性能計(jì)算模型  119
4.2.3.3 型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)耐火性能有限元計(jì)算模型的驗(yàn)證  121
4.2.3.4 小結(jié)  129
4.2.4 結(jié)論  129
第5章 型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)耐火性能分析 131
5.1 豎向荷載作用下型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的耐火性能  131
5.1.1 引言  131
5.1.2 有限元計(jì)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(yàn)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(nèi)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(nèi)力重分布  150
5.1.5.2 耐火極限 157
5.1.6 結(jié)論  157
5.2 水平荷載作用下型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的耐火性能  158
5.2.1 引言  158
5.2.2 有限元計(jì)算模型  159
5.2.2.1 典型框架的確定  159
5.2.2.2 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì) 160
5.2.2.3 有限元模型 161
5.2.2.4 有限元模型的驗(yàn)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(jié)論  180
5.3 火災(zāi)降溫階段型鋼混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究  180
5.3.1 引言  180
5.3.2 型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)升降溫力學(xué)性能試驗(yàn)  181
5.3.2.1 試驗(yàn)概況 181
5.3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析 181
5.3.3 型鋼混凝土柱升降溫力學(xué)性能試驗(yàn)  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(jié)論  188
第6章 火災(zāi)后型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的靜力力學(xué)性能 189
6.1 火災(zāi)后型鋼混凝土柱力學(xué)性能試驗(yàn)研究  189
6.1.1 引言  189
6.1.2 試驗(yàn)方案  189
6.1.2.1 考慮火災(zāi)作用全過(guò)程的火災(zāi)后型鋼混凝土柱力學(xué)性能試驗(yàn)方法  189
6.1.2.2 試件設(shè)計(jì) 190
6.1.2.3 試驗(yàn)裝置 192
6.1.3 試驗(yàn)結(jié)果  192
6.1.3.1 溫度場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)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(xiàn)  197
6.1.4 火災(zāi)后承載能力的參數(shù)分析  198
6.1.4.1 受火時(shí)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(jié)論  200
6.2 考慮火災(zāi)全過(guò)程的型鋼混凝土柱力學(xué)性能計(jì)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(chǎng)計(jì)算模型  201
6.2.2.2 材料力學(xué)性能計(jì)算模型  202
6.2.3 溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比  208
6.2.4 柱頂位移計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比  209
6.2.5 火災(zāi)后承載能力  211
6.2.6 結(jié)論  211
6.3 火災(zāi)后型鋼混凝土偏心受壓柱偏心距增大系數(shù)計(jì)算方法  212
6.3.1 引言  212
6.3.2 試驗(yàn)概況  213
6.3.3 火災(zāi)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(jì)算  214
6.3.4.1 基本假定 214
6.3.4.2 火災(zāi)后SRC 柱極限曲率的計(jì)算 215
6.3.4.3 曲率修正系數(shù)k1、k2  216
6.3.5 試驗(yàn)驗(yàn)證  216
6.3.6 結(jié)論  217
第7章 火災(zāi)后型鋼混凝土柱的抗震性能 218
7.1 火災(zāi)后型鋼混凝土柱抗震性能試驗(yàn)研究  218
7.1.1 引言  218
7.1.2 火災(zāi)后型鋼混凝土柱抗震性能試驗(yàn)  218
7.1.2.1 試件設(shè)計(jì) 218
7.1.2.2 溫度場(chǎng)試驗(yàn) 220
7.1.2.3 試驗(yàn)加載裝置及加載制度  221
7.1.3 試驗(yàn)結(jié)果  222
7.1.3.1 溫度場(chǎng)分布 222
7.1.3.2 破壞形態(tài) 223
7.1.3.3 滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)  225
7.1.4 結(jié)論  226
7.2 火災(zāi)后型鋼混凝土柱抗震性能有限元計(jì)算模型  227
7.2.1 引言  227
7.2.2 有限元計(jì)算模型  227
7.2.2.1 材料熱工參數(shù)及溫度場(chǎng)計(jì)算模型 227
7.2.2.2 火災(zāi)后力學(xué)性能計(jì)算模型  227
7.2.3 溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比  232
7.2.4 破壞形態(tài)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比  234
7.2.5 滯回曲線(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比  234
7.3 火災(zāi)后型鋼混凝土柱恢復(fù)力計(jì)算模型  235
7.3.1 引言  235
7.3.2 試件概況  236
7.3.3 火災(zāi)后型鋼混凝土柱的恢復(fù)力模型  236
7.3.3.1 骨架曲線(xiàn) 236
7.3.3.2 恢復(fù)力模型 244
7.3.3.3 試驗(yàn)曲線(xiàn)與計(jì)算曲線(xiàn)的比較  245
7.3.4 結(jié)論  245  
第8章 火災(zāi)后型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能 248
8.1 火災(zāi)后SRC 柱-SRC 梁框架抗震性能試驗(yàn)研究  248
8.1.1 引言  248
8.1.2 試驗(yàn)概況  248
8.1.2.1 試件制作及模型的選取  248
8.1.2.2 試驗(yàn)裝置和測(cè)試內(nèi)容  251
8.1.3 試驗(yàn)過(guò)程  253
8.1.4 框架升降溫試驗(yàn)的結(jié)果及分析  254
8.1.4.1 試驗(yàn)現(xiàn)象和破壞特征  254
8.1.4.2 溫度-時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)  257
8.1.4.3 位移-時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)  258
8.1.5 火災(zāi)后抗震性能試驗(yàn)結(jié)果及分析  260
8.1.5.1 試驗(yàn)現(xiàn)象和破壞特征  260
8.1.5.2 火災(zāi)后抗震性能試驗(yàn)破壞形態(tài) 263
8.1.5.3 滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)  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(jié)論  273
8.2 火災(zāi)后SRC 柱-RC 梁框架結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究 273
8.2.1 引言  273
8.2.2 試件設(shè)計(jì)  274
8.2.3 試驗(yàn)裝置和測(cè)試內(nèi)容  276
8.2.3.1 試驗(yàn)裝置 276
8.2.3.2 量測(cè)內(nèi)容 278
8.2.4 試驗(yàn)過(guò)程  280
8.2.4.1 升降溫力學(xué)性能試驗(yàn)  280
8.2.4.2 火災(zāi)后框架抗震性能試驗(yàn)  280
8.2.5 框架升降溫試驗(yàn)的結(jié)果及分析  281
8.2.5.1 試驗(yàn)現(xiàn)象和破壞特征  281
8.2.5.2 溫度-時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)  282
8.2.5.3 位移-時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)  283
8.2.6 火災(zāi)后抗震性能試驗(yàn)結(jié)果及分析  285
8.2.7 火災(zāi)后抗震性能試驗(yàn)破壞形態(tài)比較分析  292
8.2.8 滯回曲線(xiàn)及骨架曲線(xiàn)  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(jié)論 298
8.3 火災(zāi)后型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能計(jì)算模型  298
8.3.1 引言  298
8.3.2 材料熱工參數(shù)及溫度場(chǎng)計(jì)算模型  298
8.3.3 材料本構(gòu)關(guān)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(zāi)后各階段材料本構(gòu)關(guān)系的轉(zhuǎn)變  300
8.3.4 混凝土與型鋼、鋼筋之間界面的黏結(jié)-滑移特性  300
8.3.4.1 型鋼與混凝土之間的黏結(jié)滑移特性 300
8.3.4.2 鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)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(chǎng)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比  302
8.3.7 滯回曲線(xiàn)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比  303
8.3.7.1 破壞形態(tài) 303
8.3.7.2 滯回曲線(xiàn) 305
8.3.8 結(jié)論  307
8.4 基于梁柱單元的火災(zāi)后框架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析方法  307
8.4.1 引言  307
8.4.2 分析方法簡(jiǎn)介  308
8.4.2.1 全過(guò)程火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析原理  308
8.4.2.2 分析過(guò)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(zāi)后各階段混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)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(zāi)后階段 310
8.4.4 升溫、降溫及火災(zāi)后階段鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  311
8.4.4.1 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  311
8.4.4.2 鋼材的強(qiáng)化模型 312
8.4.5 混凝土塑性增量本構(gòu)關(guān)系  312
8.4.5.1 屈服函數(shù)及增量本構(gòu)關(guān)系  312
8.4.5.2 混凝土應(yīng)力-塑性應(yīng)變關(guān)系及塑性模量  314
8.4.5.3 升溫階段溫度變化前后應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的轉(zhuǎn)變  316
8.4.5.4 強(qiáng)化模型 317  
8.4.6 分析方法的驗(yàn)證  317
8.4.6.1 鋼筋混凝土框架耐火性能試驗(yàn) 317
8.4.6.2 火災(zāi)升降溫及火災(zāi)后型鋼混凝土柱力學(xué)性能試驗(yàn)  318
8.4.6.3 火災(zāi)后型鋼混凝土柱抗震性能試驗(yàn) 319
8.4.7 結(jié)論  321
8.5 火災(zāi)后高層型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估  322
8.5.1 引言  322
8.5.2 計(jì)算原理  322
8.5.3 典型型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)  322
8.5.4 框架結(jié)構(gòu)地震靜力非線(xiàn)性分析  325
8.5.4.1 升降溫過(guò)程中框架截面溫度場(chǎng)及力學(xué)性能變化規(guī)律  325
8.5.4.2 火災(zāi)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(zāi)后框架水平地震承載能力的參數(shù)分析 331
8.5.5 非線(xiàn)性地震時(shí)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(shí)間關(guān)系  336
8.5.6 結(jié)論  336
8.6 型鋼混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后性能評(píng)估方法的工程應(yīng)用  337
8.6.1 引言  337
8.6.2 TVCC 建筑結(jié)構(gòu)的總體評(píng)估思路 338
8.6.3 火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及數(shù)值模擬  339
8.6.4 火災(zāi)與荷載耦合分析方法  343
8.6.5 整體結(jié)構(gòu)的火災(zāi)全過(guò)程反應(yīng)分析  343
8.6.6 火災(zāi)后整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件承載能力驗(yàn)算  346
8.6.6.1 火災(zāi)后整體結(jié)構(gòu)承載能力驗(yàn)算 346
8.6.6.2 火災(zāi)后構(gòu)件承載能力驗(yàn)算  346
8.6.7 試驗(yàn)研究  347
8.6.8 結(jié)語(yǔ)  349
參考文獻(xiàn) 350
主要參考文獻(xiàn) 354