端部约束混凝土构件的火灾行为深化研究

First, through the fire tests and numerical analyses of cracked concrete specimens, the characteristic of temperature distributions on crack surfaces and in crack's neghbouring zones are studied and the related mechanism is explained. In this way, the effect of concrete cracks on fire resistance of structural members can be indicated from the point of view of thermal fields. Then, based on the fire tests and parametrical analyses of concrete beam-slab assemblies with beam-end and slab-edge restraints, the influences of the restrained floor slabs on fire behaviours of the restrained beams are examined, and a practical method is proposed to evaluate the amendatory factor for fire endurances of the restrained beams with floor slabs. Finally, fire performances of concrete frames with different structural member parameters and in various fire scenarios are numerically analyzed, and the lateral displacements of columns due to thermal expansion of beams are discussed and a formula is proposed to assess the columns' lateral displacements. The fire behaviours of restrained concrete columns with sidesway are experimentally and numerically studied, and a practical model is presented to determine the fire endurances of the restrained columns with sidesway. The findings of this project will be of help to the advance of the state-of-the-art in fire-resistance design of concrete structures.

通过预设有裂缝的混凝土试件的明火试验及数值分析，揭示裂缝面及其邻近区域的温度分布特征，解释该特征的形成机理，力求从温度场角度初步回答裂缝是否会对构件耐火性能产生较明显影响。通过具有不同程度梁端约束和板边约束的混凝土梁-板组合体的明火试验及系统参数分析，发现相邻楼板及其边界约束对端部约束梁火灾行为的定量影响规律，建立考虑相邻楼板时端部约束梁的耐火极限修正系数实用估算方法。通过不同火场情景和不同构件参数情况下混凝土框架结构的大量火灾响应分析，揭示梁受热膨胀引发的柱端侧移的变化规律，提出具有一定普适性的柱端侧移的定量预测公式，进而开展具有柱端相对偏移的端部约束混凝土柱的明火试验及耐火性能分析，基于研究数据构建考虑柱端相对偏移时端部约束柱的耐火极限实用确定方法。预期成果将有助于突破国内外现行耐火设计标准仅停留于独立梁和独立柱的局限，进而为提升混凝土结构耐火设计的科学性做出贡献。

开展了10个预置裂缝混凝土试件的明火试验，解释了试验现象产生的机理，提出了裂缝附近温度场的简化计算方法；提炼出4种对柱端时变侧移影响较大的受火方式，揭示了该侧移的变化规律，构建了其定量预测公式；开展了4根有侧移混凝土柱的明火试验，进行了240种工况的有侧移柱耐火分析，揭示了该侧移对端部约束柱火灾行为的影响趋势，建立了有侧移柱的耐火极限实用计算公式；提出了梁-板组合体的板边侧向和转动约束刚度的实用确定方法，开展了20个具有不同边界条件的混凝土梁-板组合体的明火试验，对具有边界约束的梁-板组合体的火灾行为进行了数值模拟，揭示了梁端和板边约束对组合体高温变形及高温内力的影响规律；开展了8个混凝土双柱试件的拟静力试验，结合PEER数据库建立了震损柱的柱端保护层剥落模型；开展了9个震损混凝土双柱试件的明火试验，通过180种工况的参数分析，揭示了不同参数对震损柱耐火性能的影响规律，提出了震损柱耐火极限折减系数的实用确定方法。. 研究发现：（1）裂缝宽度（小于3mm）对裂缝面温度无明显影响，裂缝内空气实际上发挥了一定的隔热作用；（2）柱端时变侧移仅与本层及上、下相邻层的受火情况有关，而与其它层的受火情况关系不大，考虑柱端时变侧移对端部约束柱的弯矩影响较大，轴向荷载较大的端部约束柱的耐火极限随着柱端时变侧移的增大迅速减小；（3）梁端轴向约束刚度比对梁端弯矩和梁端轴力具有显著影响，升温中期梁端截面的弯矩和轴力随着板边转动约束刚度比的增大逐渐明显减小，板边侧向约束刚度比对梁-板组合体的梁跨中挠度和梁端内力影响有限；（4）随着最大层间位移角和轴压比的增大，柱端保护层剥落加重，轴压比0.5时最大层间位移角从0增至1/65对震损柱的耐火极限影响不大，但最大层间位移角增至1/40将导致震损柱的耐火极限明显降低，轴压比0.25时即使最大层间位移角达到1/26，震损柱的耐火极限仍未显著劣化。