地震–火灾耦合作用下自复位混凝土框架节点损伤演变机理研究

As a new form of prefabricated joint type, the seismic performance of self-centering reinforced concrete (RC) beam-column joints is satisfactory. Nevertheless, subsequent fires usually break out after earthquake, but relative researches on the performance of self-centering joints under the earthquake–fire coupling effect are barely found in literature..This project aims to conduct systematical experimental and theoretical studies on the damage evolution mechanism of the self-centering joints under the earthquake–fire coupling effect: (1) The failure modes, the degradation of bearing capacity and stiffness of the joints will be compared to investigate the macro mechanical properties. (2) The damage evolution and micro mechanical properties of the joints will be investigated by comprehensive numerical parametric studies to calibrate the influence of joint components on the overall performance thus locate the key parameters for the failure modes. (3) The temperature field and earthquake vulnerability will be taken into account to develop a probabilistic model based on performance levels for the minor, moderate and major earthquakes, thus quantify the safety margin and propose an evaluation index system for the damage and resilience of the joints. (4) The simplified analytical model, the indicators for the damage evaluation, as well as the formulas for the computation of the bearing capacity and deformability of the joints, will also be developed..This project will reveal the damage evolution mechanism of the self-centering joints under the earthquake–fire coupling effect, and provide theoretical base and technical supports for the design practice of the self-centering joints.

自复位混凝土框架节点是新型预制装配式节点形式，具有良好的抗震性能。然而地震通常伴随次生火灾，其耦合作用下自复位节点的受力性能却鲜有针对性研究。.本项目拟采用试验与理论结合的方法，对地震–火灾耦合作用下自复位节点的损伤演变机理展开如下系统研究：（1）通过试验对比节点破坏特征及承载力、刚度退化规律，揭示节点宏观力学特性。（2）通过数值仿真揭示多灾害作用下自复位节点损伤演变规律与细观力学特性，得出各节点组件对整体受力性能的影响，确定失效模式的关键因素。（3）考虑受火温度场和地震易损性，建立不同水准下超越性能水平的概率模型，以量化节点安全储备、并提出能反映自复位节点受力行为的损伤评估与可恢复性评价指标体系。（4）构建自复位节点简化计算模型，确定损伤评估关键参数，提出残余承载力与变形计算公式。.本研究可科学揭示地震–火灾耦合作用下自复位节点损伤演变机理，并为自复位结构设计提供理论依据和关键技术支持。

进行了不同等级钢材在高温作用下的拉伸试验和蠕变试验，利用人工神经网络预测不同温度作用下多种钢材的屈服强度、抗拉强度和流变应力，并得到了不同温度作用下，不同作用力下多种钢材的蠕变人工神经网络模型。进行了13个半刚性节点的低周往复加载试验，研究了角钢厚度、螺栓直径、柱上螺栓位置、梁上螺栓粘结力、梁上螺栓排数、加劲肋、预应力筋等对节点性能的影响，对节点破坏模式、退化性能、作用机理进行了详细分析。结合已有的节点试验建立了有限元数值模型，考虑了几何、材料、接触等因素，并进行了T型自复位节点的参数分析，同时建立了半刚性节点抗弯承载力简化公式；并对比研究了8种损伤指数模型对半刚性节点试验损伤过程的描述，探讨了不同损伤指数模型对结构破坏预测的准确性，分析其适用范围。基于T型自复位节点数值模拟参数分析，对自复位节点进行了改进，并进行了3个十字型带牛腿自复位混凝土节点的地震-火灾耦合试验，获得了单独火灾作用下和地震-火灾耦合作用下自复位节点温度场分布、变形规律；对火灾后节点继续进行低周往复加载试验，分析了火灾和地震-火灾耦合作用分别对自复位混凝土节点的破坏形态、极限荷载、耗能性能、延性等方面的影响。对比以能量损失、最大变形及面积损伤为依据的损伤模型对自复位节点残余抗震试验损伤过程描述，探讨其对地震-耦合作用下节点破坏预测的准确性及可行性；并采用面积损伤为依据的损伤模型对火灾作用后节点的损伤进行定量分析，并根据该损伤函数建立了有限元数值模型，并得到了试验验证，为之后自复位节点抗火设计提供理论依据。