多龄期钢结构抗震性能、优化设计与检测加固

　　本书主要介绍了酸性大气环境下钢材、钢框架柱及钢框架结构的抗震性能，酸性大气环境下钢框架结构性能化全寿命抗震优化设计方法，钢结构梁柱节点抗震优化设计措施，以及钢结构损伤检测与加固方法等内容。 本书注重材料、构件和结构试验现象与规律的阐述，受力机理的解释以及设计计算理论与方法的叙述，可供从事土木工程专业的研究、设计和施工人员以及高等院校相关专业的师生参考。

　　王晓飞，南阳师范学院，讲师，从2013.01至今，参加并负责国家科技支撑计划（项目编号：2013BAJ08B03）——城市多龄期建筑震害评估关键技术集成与示范项目中有关城市多龄期钢结构建筑震害评估关键技术：开展了多龄期钢框架结构梁、柱、节点、平面钢框架结构的拟静力试验研究，多龄期空间钢框架地震模拟振动台试验研究以及多龄期钢结构建筑易损性分析等工作。

第1 章　绪论1
1.1 钢结构体系在我国的应用及前景 1
1.2 一般大气环境下在役钢结构的腐蚀问题及震害情况 2
1.2.1 腐蚀对钢材力学性能的影响 4
1.2.2 腐蚀钢结构构件力学性能的影响 6
1.3 地震易损性分析理论的发展 7
1.4 结构优化设计理论的发展 10
1.5 钢结构损伤检测与加固技术的发展及前景 13
1.5.1 钢结构损伤检测技术的发展及前景 13
1.5.2 钢结构加固技术的发展及前景 15
参考文献 15

第2 章　酸性大气环境下在役钢框架结构时变地震损伤模型21
2.1 酸性大气环境下锈蚀钢材材性试验 22
2.1.1 试验目的 22
2.1.2 试件设计 22
2.1.3 模拟酸性大气环境钢材人工加速腐蚀方案 22
2.1.4 锈蚀试件的处理 24
2.1.5 酸性大气环境下锈蚀钢材拉伸试验 25
2.1.6 钢材力学性能退化规律 26
2.2 锈蚀钢材损伤退化规律 28
2.2.1 钢材的起锈时间与锈蚀速率 28
2.2.2 失重率Dw 与平均腐蚀速率y 之间的关系 31
2.3 锈蚀钢框架结构时变地震损伤模型 32
2.3.1 考虑锈蚀影响的损伤模型 32
2.3.2 结构层损伤模型 37
2.3.3 结构整体损伤模型 38
2.3.4 基于损伤指标的震害等级确定 38
2.3.5 锈蚀钢框架结构时变地震损伤模型的应用 39
2.4 本章小结 44
参考文献 45

第3 章　酸性大气环境下钢框架柱抗震性能试验及恢复力模型47
3.1 试验概况 47
3.1.1 试件设计与制作 47
3.1.2 加速腐蚀试验方案及材性试验 48
3.1.3 加载制度 55
3.1.4 测试内容及测试仪器布置方案 55
3.2 试验结果及分析 56
3.2.1 试件变形破坏形态 56
3.2.2 滞回性能与强度退化 58
3.2.3 骨架曲线和刚度退化 60
3.2.4 滞回耗能 63
3.3 试验结论 64
3.4 锈蚀钢框架柱恢复力模型 65
3.4.1 恢复力模型研究现状 65
3.4.2 基于损伤的锈蚀钢框架柱恢复力模型的建立 69
3.5 恢复力模型的验证 75
3.6 本章小结 78
参考文献 78

第4 章　酸性大气环境下多龄期钢框架地震模拟振动台试验80
4.1 酸性大气环境下锈蚀钢材材性试验 80
4.1.1 试验目的 80
4.1.2 锈蚀钢材力学性能试验结果 81
4.2 钢框架结构地震模拟振动台试验 81
4.2.1 试验目的和内容 81
4.2.2 工程概述 82
4.2.3 钢结构模型设计 82
4.2.4 模型概况 85
4.2.5 模型设计与制作 87
4.2.6 试验设备与仪器 92
4.2.7 测点布置及测试内容 93
4.2.8 试验加载方案 97
4.2.9 模型结构试验结果分析 102
4.2.10 原型结构抗震性能分析 113
4.3 本章小结 119
参考文献 120

第5 章　基于时变地震损伤模型的多龄期钢框架易损性分析121
5.1 在役钢框架结构的概率时变地震损伤需求分析 122
5.1.1 时变概率地震损伤需求模型 122
5.1.2 概率地震损伤需求分析方法 123
5.1.3 地震波的选取 124
5.1.4 结构不确定性及随机样本的生成 126
5.1.5 算例的概率时变地震损伤需求分析 127
5.2 在役钢框架结构的概率抗震能力分析 133
5.2.1 时变概率抗震能力模型 133
5.2.2 破坏状态的划分与极限状态的定义 134
5.3 在役钢框架结构的概率地震易损性分析 134
5.4 本章小结 137
参考文献 137

第6 章　酸性大气环境下钢框架结构性能化全寿命抗震优化设计139
6.1 基于损伤的钢框架结构可靠度分析 140
6.1.1 钢框架结构地震损伤性能目标的确定 140
6.1.2 在役钢框架结构的目标损伤可靠度指标限值 141
6.1.3 基于损伤可靠度的概率极限状态方程 141
6.1.4 基本随机变量的取值 144
6.1.5 基于损伤的钢框架可靠度分析方法 145
6.2 基于损伤可靠度的钢框架结构全寿命抗震优化设计 147
6.2.1 在役钢框架结构抗震优化设计方法 147
6.2.2 在役钢框架结构抗震优化数学模型 149
6.2.3 优化设计方法 149
6.3 优化实现 154
6.3.1 软件运行环境 154
6.3.2 结构化程序设计 154
6.3.3 软件总体模块结构及系统模块 155
6.4 优化算例 155
6.5 本章小结 157
参考文献 157

第7 章　钢结构梁柱节点抗震优化设计159
7.1 钢结构梁柱节点受力特性及破坏机理 159
7.2 钢结构梁柱节点抗震优化设计 160
7.2.1 节点域计算方法 160
7.2.2 节点域的宽厚比限值 161
7.2.3 钢结构梁柱节点抗震构造措施 162
7.3 本章小结 169
参考文献 169

第8 章　钢结构损伤检测与加固170
8.1 钢结构损伤机理及危害 170
8.1.1 钢结构的稳定问题 170
8.1.2 钢结构的疲劳破坏 171
8.1.3 钢结构的脆性破坏 172
8.1.4 钢结构火灾 172
8.1.5 钢结构腐蚀 173
8.2 损伤检测内容 174
8.3 钢结构损伤检测方法 175
8.3.1 局部损伤检测方法 175
8.3.2 基于振动的损伤检测方法 176
8.4 钢结构加固基本方法 181
8.4.1 改变结构计算图形的加固方法 181
8.4.2 增大构件截面加固法 185
8.4.3 组合加固法 192
8.4.4 连接与节点的加固 193
8.5 本章小结 199
参考文献 199