冷弯型钢构件抗火性能及设计方法研究结题摘要

冷弯型钢作为建筑钢结构主要用材之一，具有截面高效、经济性好和工业化程度高、绿色环保等特点。近年来我国冷弯型钢行业发展迅猛，在低多层住宅、办公建筑和厂房以及小高层建筑领域呈现了广阔的应用前景，但有关冷弯型钢抗火方面的研究非常有限，相应设计技术标准还是空白。本项目对2mm以下预涂渡超薄板基本构件及龙骨式复合墙体及2mm以上冷弯型钢典型构件的抗火性能开展系统研究。主要内容及成果包括：1）完成了冷弯薄壁型钢不同工艺（热处理板、冷轧板）钢材的50个高温材性试验，得到了其高温下力学性能的退化规律；2）完成了钢材高温材性不同试验方法的36个材性试验，基于数据比较得到了适用性比较结论；3）完成了冷弯薄壁型钢钢材高温后系189个材性试验，得到了其力学性能的退化规律；4）完成了冷弯厚壁型钢钢材考虑不同强化水平的56个高温材性试验，得到了其高温下力学性能基于不同强化水平的退化规律；5）结合墙体抗火试验，完成16根冷弯超薄壁及8根冷弯厚壁型钢基本构件高温承载性能试验，得到了高温下不同龙骨构件温度场分布及承载性能；开展了数值模拟分析，形成了冷弯型钢构件高温承载力计算有限元模拟技术；6）开展了4片冷弯型钢龙骨式复合墙体（包含冷弯薄壁型钢立柱及冷弯厚壁型钢立柱）抗火性能试验及其有限元模拟技术研究，得到墙体各组成部件的温度场分布及墙体的力学性能实测数据；7）基于系列试验及理论研究成果，提出了冷弯型钢典型构件抗火设计理论及方法。研究成果为冷弯型钢结构典型构件抗火设计理论和设计方法提供了基础，为相关标准的修订提供基础数据和理论依据，对解决冷弯型钢用于建筑主构件时的制约性关键理论和技术问题，推进其在我国建筑钢结构领域的应用，具有重要意义。 2100433B

冷弯型钢作为建筑钢结构主要用材之一，具有截面高效、经济性好和工业化程度高、绿色环保等特点，在发达国家应用广泛。近年来我国冷弯型钢行业发展迅猛，在低多层住宅、办公建筑和厂房以及小高层建筑领域呈现了广阔的应用前景，但有关冷弯型钢抗火方面的研究非常有限，相应设计技术标准还是空白。本项目拟针对2mm以下预涂渡超薄板基本构件（含龙骨式复合墙）及2mm以上冷弯型钢典型构件的抗火性能开展系统研究。主要内容包括：①冷弯型钢不同工艺（热处理板、冷轧板、冷弯板、退火板）钢材高温下力学性能；②冷弯型钢基本构件抗火性能；③冷弯超薄壁型钢龙骨式复合墙体抗火性能及数值模拟技术；④冷弯型钢典型构件抗火设计理论及方法。研究成果将为冷弯型钢结构典型构件抗火设计理论奠定基础，为相关标准的修订提供基础数据和理论依据，解决冷弯型钢用于建筑主构件时的制约性关键理论和技术问题，推进其在我国建筑钢结构领域的应用，具有重要意义。

预应力轴心受力构件是预应力钢结构的重要组成部分。火灾作用下，预应力对轴心受力构件的抗火性能产生怎样影响，是预应力结构抗火设计的核心问题。项目以火灾高温下预应力轴心受拉和轴心受压构件的抗火性能为研究对象，在进行预应力材料高温本构关系和蠕变试验基础上，采用理论分析、试验研究和数值分析手段进行预应力钢构件在火灾下的力学性能研究。辅以典型预应力轴心受力钢构件在火灾作用下的试验，研究火灾中的预应力刚性构件及索的内力、轴向刚度随时间的变化规律、破坏形态及临界温度，同时对理论分析和数值计算方法的可靠性进行验证。在此基础上，通过参数分析，甄别影响预应力钢构件高温抗火性能的主要因素。探索预应力轴心钢构件火灾高温下的内力变化、刚度变化及破坏的形成机制。通过理论分析、数值计算建立预应力构件火灾高温下计算模型和承载力验算方法。研究成果有助于加深预应力钢构件火灾下的性能的认识，促进预应力钢构件在工程中的应用。

预应力轴心受力构件是预应力钢结构的重要组成部分。火灾作用下，预应力对轴心受力构件的抗火性能是预应力结构抗火设计的核心问题。项目以火灾高温下预应力轴心受拉和轴心受压构件的抗火性能为研究对象，在进行预应力材料高温本构关系和蠕变试验基础上，采用理论分析、试验研究和数值分析手段进行了预应力钢构件在火灾下的力学性能研究。通过预应力钢绞线火灾下的蠕变试验，提出了工程中1860级钢绞线的蠕变模型。另外，进行了预应力轴心受力钢构件在火灾作用下的试验，研究了火灾中的预应力刚性构件及索的内力、轴向刚度随时间的变化规律、破坏形态及临界温度，同时对理论分析和数值计算方法的可靠性进行验证。在此基础上，通过参数分析，确定了影响预应力钢构件高温抗火性能的主要因素。明确了预应力轴心钢构件火灾高温下的内力变化、刚度变化及破坏的形成机制。通过理论分析、数值计算建立了预应力构件火灾高温下计算模型和承载力验算方法。在全面分析和研究基础上，提出了预应力钢构件抗火设计的实用设计方法。 2100433B