酸性大氣環(huán)境下多齡期鋼框架結構抗震性能及優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、近年來地震頻發(fā)，鋼結構因其抗震性能優(yōu)良有被廣泛應用于民用住宅的趨勢。在鋼結構廣泛應用的背景下，由銹蝕帶來的耐久性問題也變得愈發(fā)嚴重，銹蝕將造成鋼構件截面削弱、鋼材力學性能降低，進而影響鋼結構的抗震性能。針對上述問題，本文從材性、構件、結構三個方面分別研究了銹蝕對鋼材力學性能、鋼框架柱抗震性能、鋼框架結構抗震性能的影響，并在試驗結果的基礎上建立銹蝕鋼框架結構地震損傷模型、恢復力模型及概率地震易損性模型?？紤]到鋼框架結構在整個使用壽命年限內

2、將遭受腐蝕及地震的影響，對鋼框架結構進行基于損傷可靠度的全壽命優(yōu)化設計，實現了鋼框架結構設計的最優(yōu)化。
　　本研究主要內容包括：⑴采用戶外自然加速暴露試驗方法對城市酸性大氣環(huán)境進行模擬，對63個標準鋼材材性試件及空間鋼框架結構進行酸性大氣腐蝕，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構；對具有不同銹蝕程度的鋼材材性試件進行拉伸試驗，擬合試驗數據建立了鋼材力學性能（包括屈服強度、極限強度、彈性模量及伸長率）與失重率之間的

3、數學關系。在上述材性試驗結果及結構力學理論的基礎上，對歐進萍等人提出的鋼結構地震損傷模型進行改造，建立了在役鋼框架時變地震損傷模型；對時變損傷模型進行算例應用，結果表明，本文建立的時變損傷模型可以很好的體現銹蝕損傷對鋼框架抗震性能的影響。⑵利用氣霧腐蝕箱對城市酸性大氣環(huán)境進行模擬，對6榀鋼框架柱進行酸性大氣腐蝕；通過改變銹蝕程度、軸壓比，對6榀鋼框架柱試件進行了低周反復加載試驗，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、壓比對鋼框架柱的荷載-位移滯回曲線、骨架曲線、強度和剛度退化、變形能力、滯回耗能等力學性能的影響?；谏鲜鲈囼灥慕Y果，建立了基于損傷的銹蝕鋼框架柱恢復力模型。⑶對2榀銹蝕程度不同（分別為未銹蝕、嚴重銹蝕）的空間鋼框架結構模型進行地震模擬振動臺試驗，測定了2榀鋼框架結構模型的動力特性及不同烈度下的地震反應，對比分析了銹蝕損傷對結構自振頻率、振型形態(tài)、位移反應、加速度反應、應變反應及破壞情況的影響；根據相似關系推算出原型結構在不同水準地震作

5、用下的自振頻率、振動形態(tài)、加速度反應、位移反應及剪力分布。⑷基于時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構概率地震易損性分析方法及步驟；考慮服役齡期對鋼框架結構抗震性能的影響，分別建立時變概率地震需求模型、時變概率抗震能力模型及時變易損性模型；在概率地震需求分析及概率抗震能力分析的基礎上，得到多齡期（20年、30年、40年、50年）鋼框架結構的易損性模型及易損性曲線。⑸基于“投資-效益”準則，建立鋼框架結構全壽命抗震優(yōu)化設