火灾后型钢混凝土框架结构力学性能研究

Mechanical behavior valuation of building structures undergone fire can provide advice for the retrofit of building structures, therefore the research on performance degeneration of the building structures undergone fire has much theoretical and engineering significance. The research plan provided here will carry out experimental and theoretical research on steel reinforced concrete (SRC) members and SRC frame structures undergone fire on condition that the coupling between the fire and the loads on the structures is considered. In this research plan, the temperature distribution, working mechanism, collapse character, hysteric behavior of the SRC structures undergone fire will be studied. The hysteric model of the SRC members, the calculation model of the SRC frame structures, and the mechanical degeneration law and the evaluation method of the SRC frames undergone fire will be put forward when the research plan is accomplished.

火灾后建筑结构的力学性能评估可为火灾后建筑结构的修复加固提供参考依据，对火灾后建筑结构力学性能退化规律的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本项目进行荷载与火灾耦合作用后型钢混凝土柱、型钢混凝土框架结构力学性能的试验研究与理论分析，研究考虑温度和荷载耦合作用的型钢混凝土柱及型钢混凝土框架结构的温度场分布规律、火灾后承受地震作用时型钢混凝土柱和型钢混凝土框架结构工作机理、破坏特征、滞回特性等规律。本项目拟提出火灾后型钢混凝土构件恢复力计算模型以及型钢混凝土框架结构力学性能分析的计算模型，揭示火灾后型钢混凝土框架结构力学性能的退化规律，提出火灾后型钢混凝土框架结构力学性能评估的有效方法，本项目的研究可为该类框架结构火灾后力学性能评估提供系统的理论和方法。

经历火灾后，建筑结构需要进行火灾后的性能评估，以便修复加固。本项目选择高层建筑中常用的型钢混凝土框架结构，对其火灾后的力学性能展开研究。首先选择型钢混凝土柱进行研究。考虑升降温过程对火灾后型钢混凝土柱力学性能的影响，考虑含钢率、受火时间、荷载比等参数进行了火灾后型钢混凝土柱力学性能试验，研究了火灾后型钢混凝土柱变形规律、承载能力以及破坏形态。在试验研究基础上，通过选择合适的升温、降温及火灾后阶段材料本构关系，提出了火灾后型钢混凝土柱力学性能分析方法。之后，通过理论推导提出了火灾后型钢混凝土柱承载能力实用计算公式，可用于火灾后型钢混凝土柱承载能力验算。火灾后建筑结构的抗震性能十分重要，还进行了火灾后型钢混凝土柱抗震性能试验，考虑受火时间、轴压比、栓钉、含钢率等参数的影响，对火灾后型钢混凝土柱试件的滞回曲线的形状、刚度、延性和阻尼系数等性能进行了系统的试验研究和参数分析，并在试验研究的基础上提出了型钢混凝土柱抗震性能分析的计算模型，该模型可考虑型钢-混凝土、钢筋-混凝土之间的粘结滑移特性。之后，通过理论推导提出了火灾后型钢混凝土柱恢复力计算模型，可用于型钢混凝土结构火灾后的快速非线性分析。在框架结构的研究方面，首先进行了型钢混凝土框架结构耐火性能试验，发现梁荷载比较小、柱荷载比较大时框架的破坏形态由框架梁破坏转变为框架柱破坏。之后进行了考虑升降温的火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验，试验考虑了梁荷载比和受火时间的影响，对火灾后型钢混凝土结构的变形规律、破坏形态及承载能力进行了试验研究，在试验研究的基础上，建立了考虑升降温影响的火灾后型钢混凝土框架结构力学性能计算模型。采用塑性力学方法，推导了火灾升降温及火灾后阶段材料应力与塑性应变的关系，提出了采用梁柱单元分析升降温及火灾后型钢混凝土框架结构静力性能和抗震性能的计算方法，该方法可提高结构分析的速度和效率。利用上述方法，对火灾后地震作用时典型的型钢混凝土框架结构的破坏模式、承载能力进行了分析，为火灾后型钢混凝土框架结构的抗震加固提出了建议。