结构中钢筋混凝土双向板火灾行为研究

火灾下，钢筋混凝土双向板受力复杂，且影响因素多，目前相关的试验及理论研究尚不完善。单个构件抗火试验可以为结构抗火设计提供初步的数据支持和理论指导，但是单个构件与真实整体结构中构件的受力情况、边界条件并不相同，整体结构中相邻构件间的相互作用以及其它部分对构件的约束作用可以对构件的火灾行为产生不同的影响。基于上述原因， 项目组共开展了足尺钢框架整体结构中2个单块钢筋混凝土双向板、2*2区格连续钢筋混凝土双向板、2*3区格连续钢筋混凝土双向板的抗火性能等相关的试验研究，同时开展了大挠度下钢筋混凝土双向板的力学性能研究。通过研究，主要得出以下结论： (1)火灾下整体结构中相邻构件间的相互作用以及周边相邻构件的约束对板的火灾行为影响显著；角区格板在板顶靠近内板边的1/4跨度处（板顶负弯矩钢筋截断处）出现对板的力学行为有较大影响的主裂缝，中区格板在板顶沿板边形成圆型塑性铰线；由于结构连续性及相邻构件间的互相约束，与受火板相邻的未受火板顶也出现了规则裂缝；整体结构中钢筋混凝土双向板具有较好的抗火性能。 (2)受火板格的开裂模式取决于其自身边界条件，非受火板格开裂模式取决于受火板格的数量和位置；相比单一受火钢梁构件，由于受到周围结构单元的约束作用，结构中钢梁具有较强的抗火承载能力；对比高强度螺栓连接节点，混合连接节点有效防止受火钢梁发生局部屈曲。 (3)由于经典屈服线理论无法考虑受拉薄膜效应对钢筋混凝土板大挠度下承载力的影响，基于经典屈服线理论的基本假定及其板块平衡法和机动法计算原理，认为受拉薄膜效应是由塑性铰线截面处钢筋合力的竖向分量或钢筋伸长做功所引起，提出了钢筋混凝土单向板和双向板在常温下的大挠度承载力计算模型。结果表明：提出的模型在计算钢筋混凝土板大挠度下承载力时具有较好的精度。 (4)为验证提出的受拉薄膜效应计算模型，开展了10块足尺钢筋混凝土板在大挠度下的常温静力加载试验，包括：简支、固支、和一边简支一边固支等三种边界条件的6块单向板，和四边简支矩形和四边简支方形两种条件的4块双向板。根据试验现象验证了受拉薄膜效应是由塑性铰线截面上钢筋合力的竖向分量或者钢筋伸长做功引起的这一假设的合理性。根据试验数据的分析，对提出的钢筋混凝土受拉薄膜效应计算模型中的挠度特征值计算公式进行了修正，并验证了提出模型的合理性和有效性。 2100433B

在已完成的12块不同边界条件钢筋混凝土双向板足尺抗火试验的基础上，拟对结构中的2块1×1跨钢筋混凝土双向板、2×2跨和3×2跨连续双向板进行试验。试验内容主要包括：结构中的钢筋混凝土双向板在使用荷载下按照国际标准ISO834升温曲线进行抗火试验，研究双向板的裂缝发展情况、破坏模式、极限承载力；测试双向板沿厚度方向的温度场分布以及板的挠度随火灾持续时间的变化规律；结构中与双向板相连的其他构件和支承部分的内力重分布情况。通过试验，可以研究结构中板的约束部分对混凝土双向板火灾行为的影响，同时可与已有的双向板抗火试验结果相比较。. 在理论和计算分析方面，根据有限变形力学原理和Mindlin板理论，编制有限元程序分析结构中双向板在火灾作用下的力学行为及板的薄膜效应；应用板块平衡法和能量法建立计算双向板的极限承载力计算模型，从而为建筑结构的抗火设计提供可靠的理论依据，以便于工程设计。

《火灾下混凝土双向板非线性分析》主要论述了混凝土双向板的火灾试验研究及火灾行为的理论分析方法，反映了近年来国内外在钢筋混凝土板火灾行为研究方面的部分新进展，其中包括《火灾下混凝土双向板非线性分析》作者所取得的研究成果。全书共分6章，主要内容为：温度场分析、混凝土双向板数值分析方法、混凝土双向板*限承载力理论分析方法和结构中混凝土连续板火灾试验研究等。

《火灾下混凝土双向板非线性分析》可供高等院校有关专业师生以及从事混凝土板抗火工程设计和科研工作的技术人员使用。

1 绪论

1．1 引言

1．2 火灾及试验技术

1．3 材料高温性能

1．4 板构件火灾行为

1．5 结构中楼板火灾行为

1．6 本书内容

2 温度场分析

2．1 引言

2．2 理论模型

2．3 温度程序设计

2．4 算例分析

2．5 本章小结

3 钢筋混凝土双向板数值分析

3．1 引言

3．2 单元模型

3．3 本构模型

3．4 非线性方程解法

3．5 程序设计

3．6 常温下数值验证与分析

3．7 瞬态热应变模型分析

3．8 高温下模型验证与分析

3．9 应变参数分析

3．10 本章小结

4 混凝土双向板火灾行为理论分析

4．1 引言

4．2 经典理论

4．3 修正板块平衡法（常温）

4．4 修正板块平衡法（高温）

4．5 本章小结

5 结构中楼板火灾试验研究

5．1 引言

5．2 试验楼概况

5．3 试验方案

5．4 试验结果

5．5 温度场分析

5．6 本章小结

6 结语

参考文献2100433B

针对多高层钢结构的火灾安全，通过整体结构的火灾反应规律分析，提出了两个能考虑整体高层结构影响的子结构模型，并进行了相应子结构模型的耐火试验研究，提出了子结构耐火极限的计算方法；结合精细化的数值方法，对考虑整体结构影响的构件耐火性能、局部火灾引起整体结构的破坏机理及各种因素的影响规律等问题进行了研究，提出了基于子结构模型的火灾下钢结构破坏倒塌的简化分析方法。. 本项目拟进一步以建筑结构火灾反应相似理论为主要研究目标，以钢框架结构为研究对象，基于钢结构几何相似性以及结构火灾反应相似性，研究结构模型与火灾模型的相似条件以及相关参数的相似规律，建立建筑结构缩尺火灾试验方法与评价方法，并将相似理论与试验方法用于大型复杂结构的耐火性能研究，从而推动建筑结构火灾试验技术的发展以及大型复杂结构的耐火性能研究。