火災下不鏽鋼結構行為反應與抗火設計理論研究

《火災下不鏽鋼結構行為反應與抗火設計理論研究》是依託東南大學，由范聖剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：火災下不鏽鋼結構行為反應與抗火設計理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：范聖剛
• 依託單位：東南大學

中文摘要

結構在火災下行為反應本質是溫度升高、能量轉移引起局部破壞與內力重分布，並因此擴散蔓延最終導致結構主體破壞。不鏽鋼是一種新型土木工程材料，鑒於其結構抗火性能較為薄弱，本項目立足於工程結構抗火研究的前沿與熱點問題，以不鏽鋼結構為研究對象，對其抗火性能開展基礎性和前瞻性的研究。通過試驗方法和數值分析，研究不鏽鋼材料力學性能隨溫度變化規律，構建高溫下/高溫後不鏽鋼材料精細化力學性能統一模型；開展不鏽鋼梁/柱火災試驗，模擬構件火災全過程，揭示其火災下行為反應與破壞機理，根據位移/能量原則提出火災下構件失效判別準則；剖析不鏽鋼梁/柱抗火性能的多種影響因素及相關性，採用直接強度法，建立面向火災全過程的不鏽鋼梁/柱多參數化抗火計算模型；研究火災下不鏽鋼結構破壞模式控制措施和安全評價方法，集成不鏽鋼結構抗火設計理論。研究成果對於揭示不鏽鋼結構抗火性能和制定相關設計標準具有十分重要的社會價值和理論價值。

結題摘要

不鏽鋼作為建築結構材料，具有造型美觀、耐腐蝕性好、易於維護和全生命周期成本低等優點，因此其在建築結構中具有廣闊的適用性，採用不鏽鋼作為建築結構材料是近年來土木工程的新趨勢，受到眾多建築師和結構工程師的青睞。鑒於不鏽鋼材料自身抗火性能的羸弱，本項目立足於工程結構抗火研究的前沿與熱點問題，以不鏽鋼結構為研究對象，對其抗火性能開展基礎性和前瞻性的研究。基於穩態試驗方法和瞬態試驗方法，對S30408奧氏體不鏽鋼材料開展了常溫下、高溫下和高溫冷卻後的力學性能試驗研究，獲取了高溫下不鏽鋼材料的各項力學性能參數；試驗結果表明：兩種試驗方法獲得的高溫下不鏽鋼材料應力-應變曲線存在一定差異；在溫度600℃內，差異不明顯；當溫度超過600℃時，差異隨溫度升高而逐漸增大；研究分析了不鏽鋼材料力學性能隨溫度變化規律，構建了高溫下和高溫後不鏽鋼材料力學性能本構模型。對不同截面和不同條件下不鏽鋼構件（8根無約束軸壓與偏壓柱、6根矩形管和7根H形截面帶約束軸壓柱、7根矩形截面帶約束偏壓柱、6根兩端簡支梁以及4根不鏽鋼組合梁）開展了火災試驗，揭示火災作用下構件的行為反應與破壞機理，給出了試驗試件的破壞現象、升溫曲線、變形曲線以及臨界溫度，重點考察了荷載比、約束剛度和截面參數等對不鏽鋼構件抗火性能的影響。基於試驗結果，通過程式模擬再現不鏽鋼構件火災全過程；結合構件熱邊界條件和材料熱工參數，構建了火災下不鏽鋼構件內部溫度分布模型；剖析構件抗火性能的多種影響因素及相關性，建立了面向火災全過程的不鏽鋼構件多參數化抗火計算模型，提出了不鏽鋼構件的抗火設計理論。開展了7根不鏽鋼節點試驗研究，探討防止火災下不鏽鋼結構破壞模式的控制措施，初步實現對結構火災安全的綜合評價。項目研究成果對不鏽鋼結構抗火設計理論的凝練、設計建議與構造措施的提出，及設計標準的制定具有十分重要的社會價值和理論價值，且可填補我國不鏽鋼結構抗火設計方法的空白。