火灾下基础隔震结构损伤及抗连续倒塌性能研究

发布时间：2020-06-22 19:30

【摘要】：火灾作为一种具有巨大破坏性的灾难,给人类的生命、财产、安全等方面造成了严重的损失。在所有的火灾事故中,建筑火灾所占的比例尤为突出。近年来,由于隔震结构在地震中的良好表现,越来越受到人们的重视,也使得基础隔震结构在医院、通信等生命线工程中大量使用。如此,也增加了意外火灾发生在基础隔震结构中的概率。基础隔震建筑发生火灾时,会对钢筋混凝土结构和橡胶隔震支座的性能产生很大影响,对橡胶隔震支座的损害尤为明显。当橡胶隔震支座受损后,若剩余结构不能有效的承担支座损伤造成的内力变化,就会发生进一步的破坏,进而形成结构的连续性倒塌。为此,本文进行了以下内容的研究:1)火灾下材料的热工性能建筑结构发生火灾时,结构表面会先受到热辐射和热对流的作用,然后再通过热传导作用向结构内部传递温度荷载。结构构件在高温下的温度场分布和力学性能与材料的热工性能密切相关。因此,本文在前人的研究基础上进行了钢材、混凝土等材料热工性能的选取,并使用ABAQUS拟合了橡胶材料温度相关性的本构模型来开展后续的数值模拟工作。2)火灾下隔震结构的损伤结构的损伤模型一般可以分为材料、构件和整体结构三个层次。学者已经对火灾下结构的损伤模型进行了一些研究,同时也提出了不同层次下的损伤指数。基于学者对结构构件火灾后损伤指数的研究,本文进行了橡胶隔震支座火灾下单参数损伤指数(即构件在火灾中的破坏仅与刚度这一种参数相关)的研究。结果表明:橡胶隔震支座的损伤指数随受火时间的增加而增加,在受火75min时发生破坏;保护层对减缓橡胶隔震支座耐火性能的衰减发挥着重要作用。3)基于实体单元建模的基础隔震结构框架火灾下的温度场及其抗连续倒塌性能分析本文首先建立了基础隔震一榀框架实体模型,对结构不同位置发生火灾时结构温度场分布和位移响应进行了研究,并对框架进行边支座受火、中支座受火和双中支座受火三种火灾工况,研究火灾下结构的整体性能及抗连续倒塌性能。结果表明:橡胶隔震支座半面受火、全面受火和钢筋混凝土柱三面受火、四面受火的温度场分别呈现单轴对称和双轴对称的状态,且当结构隔震层受火时结构的位移响应较大;三种工况中隔震层梁的应力变化均比其它层梁明显,因此,设计中要加强隔震层梁的性能;边支座受火失效和双中支座受火失效后上部结构梁端均产生塑性铰,依据GSA标准判别出结构发生了连续倒塌,而中支座受火失效后剩余结构局部进入塑性阶段,未发生连续倒塌。4)基于多尺度方法建模的基础隔震结构火灾下结构的整体性能及其抗连续倒塌性能分析限于ABAQUS实体建模时对计算成本的过高要求,本文将受火部位建为实体单元,未受火部位则采用纤维梁单元且未受火的橡胶隔震支座用线性单元代替,实现了基础隔震结构的多尺度建模分析。分析结果表明:采用基础隔震结构多尺度建模分析方法能够很好的进行基础隔震结构局部受火下整体结构性能的模拟;橡胶隔震支座受火时结构的内力、位移、曲率、截面应力和塑性铰分布规律与受火支座的数量和位置有关;结构连续倒塌判定中单个内力指标并不全面,应使用多个内力指标增加判定结果的准确性。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU435;TU352.12
【图文】：

春晓,火灾,花园

硕士学位论文第 1 章绪论1.1 研究背景及意义火使人类的进化与生产力的发展得到了快速提升，但同时火灾也会给人类的生命、财产、安全造成灾难性的危害。有关部门进行的相关数据统计表明：从80 年代至今由火灾造成的经济损失在所有灾害损失中占了比较大的比例。其中，建筑火灾能占到全部火灾种类的 80%[1,2]，是给人类生命财产造成最大损失的火灾类型。例如 2017 年 2 月 5 日，浙江省天台县赤城街道春晓花园第 5 幢大楼发生火灾，造成 18 人死亡，18 人受伤；同年 12 月 1 日，位于天津市河西区友谊路与平江道交口处一大厦发生火灾，过火面积 300 平米左右，造成 10 人死亡，5 人受伤。

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【参考文献】