酸性大气环境下多龄期钢框架结构抗震性能及优化设计方法研究

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1、分举号TU391学号1101140028岛妥達統科技大#学位论文酸性大气环境下多龄期钢框架结构抗震性能及优化设计方法研究作者______王晓飞指导教师姓名郑山锁教授防灾减灾工程申请学位级別博士专业名称及防护工程论文提交日期2015.04论立答辩日期2015.06学位授予单位面要邊統斜妓太營答辩委员会主席―_________评阅人____________声明本人郑重声明我所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也

2、不包含本人或其他人在其它单位己申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：土敗^Bm：关于学位论文使用授权的说明本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存学位论文。(保密的论文在论文解密后应遵守此规定）论文作者签名：

3、指导教师签名：4日期：>^殳，女本人授权中国学术期刊（光盘版）杂志社、中国科学技术信息研究所等单位将本学位论文收录到有关“学位论文数据库”之中，并通过网络向社会公众提供信息服务。因某种特殊原因需要延迟发布学位论文电子版，同意在□一年/□两年/□三年以后，在网络上全文发布。（此声明处不勾选的，默认为即时公开）论文作者签名指导教师签名：如广奶、日期：注：请将此页附在论文首页。西安建筑科技大学博士学位论文酸性大气环境下多龄期钢框架结构抗震性能及优化设计方法研究专业：防灾减灾工程及防护工程博士生：王晓飞指导教师：郑山锁教授摘要近年来，地震

4、频发，钢结构因其抗震性能优良有被广泛应用于民用住宅的趋势。在钢结构广泛应用的背景下，由锈蚀带来的耐久性问题也变得愈发严重，锈蚀将造成钢构件截面削弱、钢材力学性能降低，进而影响钢结构的抗震性能。针对上述问题，本文从材性、构件、结构三个方面分别研究了锈蚀对钢材力学性能、钢框架柱抗震性能、钢框架结构抗震性能的影响，并在试验结果的基础上建立锈蚀钢框架结构地震损伤模型、恢复力模型及概率地震易损性模型。考虑到钢框架结构在整个使用寿命年限内将遭受腐蚀及地震的影响，对钢框架结构进行基于损伤可靠度的全寿命优化设计，实现了钢框架结构设计的最优化。本文

5、主要研究工作及研究成果包括：（1）采用户外自然加速暴露试验方法对城市酸性大气环境进行模拟，对63个标准钢材材性试件及空间钢框架结构进行酸性大气腐蚀，得到具有不同锈蚀程度的钢材材性试件及锈蚀空间钢框架结构；对具有不同锈蚀程度的钢材材性试件进行拉伸试验，拟合试验数据建立了钢材力学性能（包括屈服强度、极限强度、弹性模量及伸长率）与失重率之间的数学关系。在上述材性试验结果及结构力学理论的基础上，对欧进萍等人提出的钢结构地震损伤模型进行改造，建立了在役钢框架时变地震损伤模型；对时变损伤模型进行算例应用，结果表明，本文建立的时变损伤模型可以很

6、好的体现锈蚀损伤对钢框架抗震性能的影响。（2）利用气雾腐蚀箱对城市酸性大气环境进行模拟，对6榀钢框架柱进行酸性大气腐蚀；通过改变锈蚀程度、轴压比，对6榀钢框架柱试件进行了低周反复加载试验，考察了锈蚀钢框架柱的破坏过程与特征，研究了不同锈蚀程度、轴压比对钢框架柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、变形能力、滞回耗能等力学性能的影响。基于上述试验的结果，建立了基于损伤的锈蚀钢框架i西安建筑科技大学博士学位论文柱恢复力模型。（3）对2榀锈蚀程度不同（分别为未锈蚀、严重锈蚀）的空间钢框架结构模型进行地震模拟振动台试验，测定了2

7、榀钢框架结构模型的动力特性及不同烈度下的地震反应，对比分析了锈蚀损伤对结构自振频率、振型形态、位移反应、加速度反应、应变反应及破坏情况的影响；根据相似关系推算出原型结构在不同水准地震作用下的自振频率、振动形态、加速度反应、位移反应及剪力分布。（4）基于时变地震损伤模型提出了酸性大气环境作用下多龄期钢框架结构概率地震易损性分析方法及步骤；考虑服役龄期对钢框架结构抗震性能的影响，分别建立时变概率地震需求模型、时变概率抗震能力模型及时变易损性模型；在概率地震需求分析及概率抗震能力分析的基础上，得到多龄期（20年、30年、40年、50年）

8、钢框架结构的易损性模型及易损性曲线。（5）基于“投资-效益”准则，建立钢框架结构全寿命抗震优化设计数学模型；在优化设计模型中引入加权系数，用于调整结构初始造价和损失期望在目标函数中的相对重要性；将损伤可靠度分析理论应用到钢框架结构全寿命抗震优化设计