結構中鋼筋混凝土雙向板火災行為研究

《結構中鋼筋混凝土雙向板火災行為研究》是依託華僑大學，由董毓利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：結構中鋼筋混凝土雙向板火災行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董毓利
• 依託單位：華僑大學

項目摘要

在已完成的12塊不同邊界條件鋼筋混凝土雙向板足尺抗火試驗的基礎上，擬對結構中的2塊1×1跨鋼筋混凝土雙向板、2×2跨和3×2跨連續雙向板進行試驗。試驗內容主要包括：結構中的鋼筋混凝土雙向板在使用荷載下按照國際標準ISO834升溫曲線進行抗火試驗，研究雙向板的裂縫發展情況、破壞模式、極限承載力；測試雙向板沿厚度方向的溫度場分布以及板的撓度隨火災持續時間的變化規律；結構中與雙向板相連的其他構件和支承部分的內力重分布情況。通過試驗，可以研究結構中板的約束部分對混凝土雙向板火災行為的影響，同時可與已有的雙向板抗火試驗結果相比較。. 在理論和計算分析方面，根據有限變形力學原理和Mindlin板理論，編制有限元程式分析結構中雙向板在火災作用下的力學行為及板的薄膜效應；套用板塊平衡法和能量法建立計算雙向板的極限承載力計算模型，從而為建築結構的抗火設計提供可靠的理論依據，以便於工程設計。

結題摘要

火災下，鋼筋混凝土雙向板受力複雜，且影響因素多，目前相關的試驗及理論研究尚不完善。單個構件抗火試驗可以為結構抗火設計提供初步的數據支持和理論指導，但是單個構件與真實整體結構中構件的受力情況、邊界條件並不相同，整體結構中相鄰構件間的相互作用以及其它部分對構件的約束作用可以對構件的火災行為產生不同的影響。基於上述原因， 項目組共開展了足尺鋼框架整體結構中2個單塊鋼筋混凝土雙向板、2*2區格連續鋼筋混凝土雙向板、2*3區格連續鋼筋混凝土雙向板的抗火性能等相關的試驗研究，同時開展了大撓度下鋼筋混凝土雙向板的力學性能研究。通過研究，主要得出以下結論： (1)火災下整體結構中相鄰構件間的相互作用以及周邊相鄰構件的約束對板的火災行為影響顯著；角區格板在板頂靠近內板邊的1/4跨度處（板頂負彎矩鋼筋截斷處）出現對板的力學行為有較大影響的主裂縫，中區格板在板頂沿板邊形成圓型塑性鉸線；由於結構連續性及相鄰構件間的互相約束，與受火板相鄰的未受火板頂也出現了規則裂縫；整體結構中鋼筋混凝土雙向板具有較好的抗火性能。 (2)受火板格的開裂模式取決於其自身邊界條件，非受火板格開裂模式取決於受火板格的數量和位置；相比單一受火鋼樑構件，由於受到周圍結構單元的約束作用，結構中鋼樑具有較強的抗火承載能力；對比高強度螺栓連線節點，混合連線節點有效防止受火鋼樑發生局部屈曲。 (3)由於經典屈服線理論無法考慮受拉薄膜效應對鋼筋混凝土板大撓度下承載力的影響，基於經典屈服線理論的基本假定及其板塊平衡法和機動法計算原理，認為受拉薄膜效應是由塑性鉸線截面處鋼筋合力的豎向分量或鋼筋伸長做功所引起，提出了鋼筋混凝土單向板和雙向板在常溫下的大撓度承載力計算模型。結果表明：提出的模型在計算鋼筋混凝土板大撓度下承載力時具有較好的精度。 (4)為驗證提出的受拉薄膜效應計算模型，開展了10塊足尺鋼筋混凝土板在大撓度下的常溫靜力載入試驗，包括：簡支、固支、和一邊簡支一邊固支等三種邊界條件的6塊單向板，和四邊簡支矩形和四邊簡支方形兩種條件的4塊雙向板。根據試驗現象驗證了受拉薄膜效應是由塑性鉸線截面上鋼筋合力的豎向分量或者鋼筋伸長做功引起的這一假設的合理性。根據試驗數據的分析，對提出的鋼筋混凝土受拉薄膜效應計算模型中的撓度特徵值計算公式進行了修正，並驗證了提出模型的合理性和有效性。