钢筋混凝土框架结构抗火灾倒塌机理与设计方法

本课题对高温下混凝土动态力学性能与微观结构，钢筋与混凝土的高温动态粘结性能，梁冲击损伤后的耐火极限以及梁柱节点在柱失效后转动和拉结能力进行研究，为合理评估钢筋混凝土框架结构的抗火灾倒塌能力和制定抗火灾倒塌设计方法提供依据。通过SHPB装置完成了高温下（后）混凝土动态力学性能试验，发现400℃以下，应变率硬化效应占主导；600℃以上，热软化效应占主导。完成了高温后混凝土微观试验，发现水灰比对高温后的微观结构和孔隙率影响很大。完成了CFRP约束高温后混凝土冲击力学性能试验，提出了CFRP约束高温后混凝土应力-应变简化模型。完成了高温下及高温后钢筋-混凝土界面粘结冲击力学性能试验，发现低于200℃时，粘结强度相比常温情况略有衰减；大于600℃后，粘结强度随温度升高显著衰减，高温后试件粘结强度低于高温下试件粘结强度。完成了冲击损伤梁残余承载力与耐火性能试验，针对弯曲破坏形态梁，提出了一种标准化后的残余承载力与抗弯刚度的计算公式。在荷载比一定时，冲击高度越大，试件的耐火极限越小。完成了梁柱节点静力竖向推覆试验，发现支座处钢筋通长比搭接和截断的节点抗倒塌能力好，高温后比高温下节点更易形成悬链线效应。采用ABAQUS有限元软件，建立了火灾下（后）钢筋混凝土梁柱子节点抗火灾倒塌数值分析模型，并进行影响因素参数分析。结构受火灾倒塌时的大变形失效机理与常规承载极限状态下的失效机理截然不同，通过理论分析，提出了预测高温下构件温度内力的解析方法和抗倒塌设计时梁柱节点荷载-变形简化计算公式，提出提高柱失效后梁-柱节点抗倒塌转动和拉结能力的设计方法，以及钢筋混凝土框架结构的火灾下（后）抗倒塌能力评估方法和加固方法，研究成果为合理评估钢筋混凝土框架结构的抗火灾倒塌能力和制定抗火灾倒塌设计方法提供依据。 2100433B

钢筋混凝土框架结构是最为广泛应用的建筑结构形式之一。近年来，频繁的建筑火灾事故所造成相当数量的结构倒塌，以及特种厂房也可能遭受高温下化学或人为爆炸等灾害对结构产生火灾（高温）下的冲击力作用逐步引起人们的重视。结构在同时遭受火灾（高温）和倒塌或冲击作用时，不仅钢筋和混凝土力学性能及其粘结性能严重劣化，而且结构受倒塌和冲击过程中动态应变率效应影响显著，尤其是在极端倒塌和冲击荷载作用下的大变形失效机理与常规承载能力极限状态下的失效机理截然不同。然而国内外尚未见有对钢筋混凝土框架结构和构件火灾下动态抗倒塌性能进行研究。因此，亟需对高温下钢筋和混凝土力学性能及其粘结性能的动态应变率效应，框架梁、柱构件和梁-柱节点子结构在火灾下动态抗冲击性能和倒塌失效机理，以及柱失效后梁-柱节点抗倒塌转动和拉结能力进行研究，为合理评估钢筋混凝土框架结构的抗火灾倒塌能力和制定抗火灾倒塌设计方法提供依据。

倒塌是结构破坏的一种极端情况，是建筑结构设计所力图避免出现的灾难性后果。本项目以钢筋混凝土框架结构为研究对象，在对结构遭受柱失效情况下的抗倒塌性能深入研究的基础上，基于敏感性分析研究了替换荷载路径原理与安全评估方法、基于能力需求曲线方法的抗倒塌性能评估方法以及基于位移的抗倒塌设计方法。项目研究主要内容为现浇空间钢筋混凝土框架结构的抗倒塌试验与梁柱结构对比试验、结构抗倒塌全过程数值模拟分析、替换荷载路径原理与评估方法以及抗倒塌性能评估方法与设计方法等。项目研究主要目标为深入掌握钢筋混凝土空间框架结构在快速移除过程中与之后的抗倒塌性能，基于最大限度耗尽结构承载能力来保证结构不发生倒塌情况下，研究结构的抗倒塌性能评估方法以及替换荷载路径评价标准，建立框架结构抗连续倒塌设计体系。

由于偶然作用导致的结构连续倒塌破坏可能产生严重的社会经济后果。偶然作用包括强烈地震、火灾、恐怖袭击以及人为意外事故等。本项目以钢筋混凝土框架结构为对象，在对结构抗倒塌性能深入研究的基础上，提出抗倒塌性能的简化分析方法、统一的抗震和抗倒塌构造措施和综合抗灾设计方法。项目研究的主要内容为钢筋混凝土框架结构和梁柱组合单元抗倒塌试验和拟动力试验技术，结构在极限变形条件下的非线性分析，结构抗倒塌简化分析方法和统一构造措施，基于非概率集合模型的结构倒塌危险性分析，基于性能的结构综合抗灾设计方法等。项目研究的主要目标是深入掌握钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能，综合结构抗震设计的大震不倒原则，提出不显著增加结构造价而将结构倒塌破坏风险减少到最低程度的综合抗灾设计方法。 2100433B

《油气田储罐抗风和抗震理论与设计方法》提出一种新的储罐结构形式——网壳储罐，此结构可以充分利用网壳抗拉、抗弯性能好的特点，有效地减小底板和罐壁的板材厚度，降低造价，且具有外观独特、优美，视觉效果好等优点。