[01305970]全过程及非均匀受火下内配型钢的钢管混凝土构件抗火性能

一、课题来源与背景 本课题以截面形式、火灾荷载比、偏心率及受火工况为典型参数,完成8个足尺内配型钢钢管混凝土构件火灾下耐火性能试验,系统研究了上述参数对该类柱破坏形态、钢管约束效应、耐火极限等的影响规律。通过对内配型钢钢管混凝土柱受火后剩余承载力影响系数进行参数分析,给出了适用于该类柱火灾下剩余承载力的计算公式及防火保护层厚度设计方法。基于火灾全过程试验,对考虑降温段的内配型钢钢管混凝土柱的抗火性能进行了研究,分析了火灾荷载比、升温时间比、受火工况、偏心率等参数对火灾后剩余承载力的影响,通过参数分析给出了工程常用范围内该类柱火灾后剩余承载力计算方法。 二、研究目的和意义 内配型钢钢管混凝土结构在实际工程中已有广泛的应用,深入研究和分析内配型钢钢管混凝土柱在火灾作用下、考虑火灾降温过程作用后破坏模态及力学性能,以准确预估内配型钢钢管混凝土柱火灾下的耐火时间,并合理评估内配型钢钢管混凝土柱火灾作用后的损伤程度,对组合柱的抗火及防火放火设计有重要的意义。 三、主要论点与依据 （1）开展了内配型钢钢管混凝土柱抗火试验,共设计26根试件,其中圆形截面裸柱耐火试验 4 根,方形截面裸柱耐火试验 8 根,带保护层厚度的内配型钢钢管混凝土柱耐火试验 8 根,考虑自然冷却降温过程的火灾全过程作用后剩余承载试验 6 根,这些火灾试验积累了宝贵的试验数据。 （2）基于ABAQUS有限元分析软件,采用顺序热力耦合的方法,进行了内配十（工）字型方钢管混凝土柱均匀受火和三面受火火灾全过程性能分析,受火阶段核心混凝土对整个柱贡献最大,钢管次之,型钢最少;而火灾全过程后剩余承载力随升温时间比、长细比的增大而降低,荷载偏心距、混凝土强度、钢材强度、型钢含钢率、钢管含钢率对剩余承载力影响不大。 （3）对内配十字型钢圆形钢管混凝土柱和内配十字型钢方钢管混凝土柱的含钢率分配进行了分析。综合常温下承载力影响,给出耐火性能发挥最优时含钢率分配规律的建议值。 （4） 利用 FDS 火灾动力学分析软件建立小空间火灾场景模型,提取场景中的实际升温曲线对钢管混凝土及内配型钢钢管混凝土在此场景下的耐火性能进行了研究。 （5） 对内配型钢钢管混凝土柱轴压承载力的公式、内配型钢钢管混凝土柱火灾作用下承载力影响系数进行了计算和回归。 四、创见与创新 （1）在深入研究内配型钢钢管混凝土组合柱火灾作用下及全过程火灾作用后的理论和试验研究的基础上,明晰了影响该类柱耐火极限和火灾后剩余承载力的主要因素。 （2）分别建立 ISO-834 标准火灾作用和基于 FDS 火灾动力软件的考虑真实火灾效应的模型,获得不同计算方法和火灾场景作用下内配型钢钢管混凝土柱的耐火极限。 （3）提供了可供工程应用参考的内配型钢钢管混凝土柱抗火设计方法和建议 五、社会经济效益,存在的问题 （1）社会经济效益 该项目主要研究全过程及非均匀受火下内配型钢钢管混凝土柱抗火性能,属于应用基础研究,结合近年来内配型钢钢管混凝土组合结构在我国高层和超高层建筑中广泛应用的背景,通过展开该项目的研究,提出该类结构抗火设计的方法,为准确评估结构耐火时间,保证耐火安全,并合理的评估火灾后结构的损伤程度为后期修复和加固提供可靠依据,降低工程防火费用,供工程应该参考。本项目研究的主要截面形式设计已经推广应用于国内部分高层建筑中,如广东江门市海逸酒店、甘肃兰州鸿运金茂大厦等。抗火设计方法在有关设计规范修订时可积极推荐。 （2）存在的问题 研究成果的转化需要一定时间,尤其对于土木建筑工程领域,由于时间所限,课题验收时很难体现成果的转化效果。长效的社会效益和经济效益可能需要较长时间才能体现。 六、历年获奖情况 （无）