构件与结构耗能型损伤的表征及其量化分析方法

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1、隶。轫大·粤硕士学位论文万方数据构件与结构耗能型损伤的表征及其量化分析方法本文研究一l：作获国家自然科学基金面上项目(11072060)资助万方数据DefinitionandQuantitativeEvaluationforStructuralDamageofEnergyConsumptionTypeAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYHuiqinShengSupervisedbyProf．LiZhaoxiaCo

2、llegeofCivilEngineering一SoutheastUniversityMay2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所早交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究一l：作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南人学或其它教育机构的学位或证r

3、5而使用过的材料。与我一同一亡作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：盘柬男日期：丝监笪!皇东南大学学位论文使用授权声明东南人学、中国科学技术

4、信息研究所、国家图j

5、5馆有权保留本人所送交学位论文的复印什和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南人学研究生院办理。～躲避一名：殛眦二．让万方数据摘要结构失效的根源在于结构构件细节处的损伤的发生、演化和累积。结构服役期问的环境及荷载共同作用，导致损伤在结构构件局部不断累积引起结构服役性能的逐步劣化，在突发地震等强荷

6、载作用下就可能发生失效。如何考虑结构构件细节处损伤发生与演化的物理机制，并从构件和结构的宏观力学响应和服役性能出发，建立适用于结构失效分析的损伤表征方法，进而有效地进行结构损伤的量化与评估，是结构损伤与失效分析研究过程中亟待解决的关键问题。本文在分析总结主要建筑工程结构(钢筋混凝土结构、钢结构)中常见损伤现象及失效形式的基础上，提出了以损伤附加应变能定义的构件与结构耗能型损伤表征和量化方法。针对以上两类结构及其典型构件，开展了准静态荷载／地震荷载作用下损伤演化的数值模拟分析工作；对比现有结构工程中应用的结构损伤指标，对本文提出的耗能型

7、损伤表征和量化方法的合理性和适用性进行了分析论证。本文完成的主要工作及成果有：总结了建筑工程结构中广泛使用的钢混结构及钢结构中的损伤现象及失效行为，介绍了构件层次的分布式损伤和裂纹式损伤的主要分析方法，从能量耗散角度提出了考虑损伤附加应变能的耗能型损伤的表征和量化方法。研究结果表明：钢混结构中分布式材料损伤演化导致的结构耐久性丧失是其主要失效形式，是典型的耗能型损伤。对于满足设计规范要求的钢结构，以构件局部裂纹问题引起的断裂失效为其主要失效形式，裂纹的形成、扩展直至断裂的过程中耗能也比较显著，亦可能为比较典型的耗能型损伤。为了考证本文

8、提出的耗能型损伤的表征和量化方法的可行性，论文对钢筋混凝土结构和钢框架结构的损伤表征与量化分析方法分别进行了研究。从含分布式材料损伤的混凝土梁到典型钢筋混凝土梁、柱构件，再到一个三层三跨的平面框架，逐层分析了钢混结构及其主要构件中耗能型损伤的表征方法及其具体量化过程；结合构件和结构损伤演化过程的有限元模拟结果，对比分析了各工程结构损伤指标与本文提出的耗能型损伤表征的联系和区别。研究结果表明：按照本文提出的耗能型损伤表征得到的量化结果与工程结构柔性损伤指标及Park—Ang损伤指标变化趋势相4致，损伤演化过程在初期变化平稳，中后期损伤累

9、积加快，能反映地震加速度幅值及地震持时这些地震荷载关键因素对结构损伤的贡献；这表明按本文提出的耗能型损伤表征得到的量化结果可以用于钢混结构及其主要构件的损伤评估。对钢框架结构的损伤表征与量化分析方法的研究，首先进行了含裂纹的有限尺寸梁板构件和考虑残余应力的构件耗能型损伤的量化分析。然后以一个二层平面钢框架为算例，通过钢框架结构在不同损伤工况下损伤演化有限元模拟及理论分析，说明了耗能型损伤的表征和量化方法在钢结构损伤分析中的可行性。研究结果表明：目前工程结构损伤指标中以刚度定义的损伤指标不能体现结构层次的强荷载作用引起的损伤突变，而耗万

10、方数据摘要能型损伤的表征方法在不同荷载工况下获得的损伤量化结果与钢混结构损伤后的结构性能劣化特征相符。研究结果表明，本文提出的耗能型结构损伤的表征及量化方法适用于显著耗能型的钢混结构中构件及结构损伤分析，能够体现钢混结构