钢筋混凝土异型柱结构的抗火性能研究

通过明火试验，研究轴压比和竖向荷载偏心距对不同形状异型柱在典型受火方式下的火灾行为与耐火极限的影响规律。在现有程序基础上，进一步开发异型柱空间框架及其梁、柱构件的火灾全过程分析程序。通过大量数值计算，分析总结不同因素对异型柱空间框架火灾行为与破坏过程的影响规律，揭示节点区高温反应对框架整体火灾行为的影响特点，定量提出不同部位相邻梁、柱之间约束反力变化历程的近似确定方法。通过明火试验和大量数值计算，在考虑相邻梁、柱之间约束反力的情况下，分析确定影响异型柱空间框架中梁、柱构件火灾行为与耐火极限的主要因素及其定量影响规律。建立异型柱空间框架中梁、柱构件耐火极限的实用计算方法。针对异型柱结构耐火性能有时明显低于非异型柱结构的不利情况，本项目可以填补异型柱结构抗火研究的空白，丰富和发展结构抗火理论，提高异型柱结构的抗火设计水平和火灾安全性，因而具有重要的理论意义和明确的应用前景。 2100433B

研究不同受火时间后约束钢筋混凝土梁、柱构件的抗剪性能，揭示受火时间、构件端部约束、荷载比等因素对全过程火灾作用后钢筋混凝土构件抗剪性能的影响特点。建立火灾后约束钢筋混凝土构件抗剪性能的数值分析模型,并开发相应的全过程分析程序。分析总结高温下相邻构件之间的相互作用对高温后钢筋混凝土构件抗剪性能的影响规律，建立火灾后约束钢筋混凝土梁、柱构件残余抗剪承载力的实用计算方法。在考虑高温下内力重分布过程对构件损伤作用的情况下，研究并提出火灾后钢筋混凝土结构内力(含轴力、弯矩和剪力)的简化计算方法。针对高温下结构中构件受到相邻构件的约束会影响其高温后力学性能的特点，本项目可以填补火灾后约束钢筋混凝土构件抗剪性能研究的空白，为火灾后钢筋混凝土结构损伤评定、抗剪加固奠定基础，为相关规范的编制提供科学依据，因而具有重要的理论意义和明确的应用前景。

火灾高温可使钢筋混凝土构件的抗剪性能降低、甚至出现剪切破坏。位于地震区的火灾后混凝土结构若未经加固处理就继续使用，可能埋下抗震防灾的巨大隐患。另外，结构中构件在火灾全过程中的相互约束也可能会对火灾后构件的抗剪性能产生一定的影响。然而，目前有关火灾后钢筋混凝土构件的抗剪性能及高温下构件端部约束对其影响方面的研究工作较少。为此，本项目从试验、理论分析、数值计算三方面对上述问题进行了较系统的研究，主要研究内容和结果：(1) 进行了火灾后钢筋混凝土短柱抗震性能的试验研究和数值计算，建议了四周受火后钢筋混凝土柱抗剪承载力的实用计算公式。研究表明，火灾后短柱的抗剪承载力先随轴压比的增大而增大，但当轴压比增大至界限轴压比后反将降低。火灾后的界限轴压比较未受火时有减小趋势。(2) 进行火灾后钢筋混凝土梁剩余承载性能的试验研究和数值计算，建议了三面受火后钢筋混凝土梁抗剪承载力的实用计算公式。研究表明，楼板翼缘对梁的抗弯承载力具有一定的提高作用，但对抗剪承载力影响不大。(3) 进行了火灾后混凝土短肢剪力墙抗震性能的试验研究和数值计算，建议了四周受火后混凝土短肢剪力墙抗剪承载力的计算公式。研究表明，暗柱和X形暗支撑可提高火灾后短肢剪力墙的刚度和耗能能力，受火前后短肢剪力墙的滞回规则明显不同。(4) 进行了高温下持荷、端部约束对火灾后短柱抗震性能影响的试验研究。结果表明，高温下持荷可使火灾后短柱的抗剪承载力较未持荷时升高0.5%~2.3%，高温下带轴向约束的混凝土短柱火灾后的抗剪承载力为对应的高温下无约束时的89.9%~100.4%。(5) 进行了外包碳纤维布加固火灾后混凝土短柱的抗震性能、混凝土梁的抗剪性能的试验研究。研究表明采用CFRP加固能将火灾后短柱、梁的抗剪承载力分别恢复至未受火试件的11.2%~17.1%、5.3%~34.3%，且考虑楼板翼缘的影响，采用“U形包裹 压条”方式加固混凝土梁可取得较好的加固效果。(6) 利用有限元方法分析了截面含钢率对温度场分布的影响规律，建立了火灾后钢筋混凝土柱剩余压弯承载力的数值分析方法和实用计算公式。基于Park损伤评价模型建议了一种能反映火灾高温对短柱、短肢剪力墙抗震性能损伤加大程度的评价指标。上述研究成果可为火灾后钢筋混凝土结构的损伤评定、抗剪加固奠定基础，为相关规范的编制提供科学依据，具有重要的理论意义和明确的应用前景。 2100433B

钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高、抗震性能好、节点构造简单等优点，在高层建筑与大跨空间结构中得到应用。目前国内外尚无关于方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究，更无设计规范或规程可供参考。因受力特点不同，方钢管约束钢筋混凝土柱不能套用钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火研究成果。因此，应对其抗火性能展开研究。此外，相关研究表明，实际结构中受火柱受到相邻构件的约束，受力机理和抗火性能与单体构件显著不同，有必要考虑端部约束作用。为此，本项目将以方钢管约束钢筋混凝土柱为研究对象，采用试验研究与理论分析相结合的方式，重点研究火灾下无端部约束构件的温度、变形与耐火极限，并提出抗火设计方法；在此基础上，引入端部约束作用，分析其对火灾下方钢管约束钢筋混凝土柱受力机理与耐火极限的影响，提出可考虑端部约束作用的抗火设计建议。本项目的研究成果将进一步完善钢管约束钢筋混凝土柱的抗火设计理论，促进该类构件的应用与发展。