地震作用下缩尺钢框架结构防火涂料损伤试验及数值分析

摘要

为研究地震作用下非膨胀型防火涂料的破损机理，进行一缩尺钢框架模型的地震振动台试验，观测地震作用下，钢梁和钢柱的防火涂料破坏特征和脱落位置，获得钢框架结构在地震作用下的层间位移角、梁端和柱端应变数据，分析层间位移角、应变与防火涂料脱落的关系；基于ABAQUS通用有限元软件，采用弹塑性损伤本构模型，分析在地震作用下，防火涂料的损伤和脱落行为；对钢柱构件和整体钢结构中梁、柱和节点等位置防火涂料脱落行为和机理进行数值分析，并与试验结果进行对比。结果表明：1）梁柱腹板位置总体未发生脱落，防火涂料脱落集中在梁柱节点区域，特别是临近节点区域及梁上翼缘位置；2）由地震作用下结构梁柱应变可知，钢材屈服应变部位几乎与涂料脱落部位一致；钢材应变超过屈服应变或层间位移角超过1/150，涂料开始脱落；3）采用弹塑性损伤本构模型的数值模拟分析方法，能合理地分析防火涂料脱落行为，涂料等效塑性应变分布、脱落位置与钢材等效塑性应变及Mises应力分布基本一致，即钢材等效塑性应变和Mises应力较大的位置，防火涂料易发生脱落；涂料等效塑性应变对涂料脱落有较大影响，非膨胀型防火涂料脱落时，等效塑性破坏应变可取值0.002。研究成果可直接应用于大跨钢框架结构的防火涂料设计。

关键词

钢框架结构 / 地震作用 / 缩尺模型 / 防火涂料 / 破损机理