冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板常温及火灾下的承载机理研究

Based on comprehensive analysis of the fundamental characteristics and imperfection of the composite floors currently used, a new type of light-weight composite floor is put forward, which has the advantages as :(1)The cold-formed thin-walled steel truss is combined with light-weight aggregate concrete，which make the floor lightweight and having higher strength; (2)Semi-assembly construction, no need of formwork and being easy in construction; (3)The respective characteristics of the two materials involved in the new composite floor slab is getting full play in construction, and has the advantages of better comfort and durability. As the object of study, the new type of light-weight composite floor is going to be well studied through the test of the composite floor specimens both at ambient temperature and in fire and numerical analysis of them for full size and scale model of the floors to be researched on, and the research objectives to be realized are as: (1) To establish the theory of design and computation of cold-formed thin-walled steel truss-light-weight aggregate concrete composite floor at amibient temperature;(2)To find the failure pattern of the new composite floor presented here under fire;(3)To get command of effect of the main consturction factors on bearing capacity and fire resistance limit of the new composite floor in fire;(4)To establish the judging criterion of overall failure of the new type of light-weight composite floor under fire, and put forward the scientific fire resistance design method of the composite floor in fire.The research work to be finished is very important for establishing complete design theory and scientific fire resistance design method of light-weight composite floors.

在综合分析现行钢-混凝土组合楼板基本特征与不足的基础上，提出了一种新型轻质组合楼板体系，其主要特征为：(1)将冷弯薄壁钢桁架与轻骨料（陶粒）混凝土相结合、轻质高强；(2)半装配、无需支模、易于施工；(3)二种材料的各自特性得到充分发挥，且具有良好的舒适性和耐久性。本项目以该新型轻质组合楼板为研究对象，通过常温及火灾下组合楼板的足尺试验、缩尺模型试验及对一系列组合楼板的数值模拟与参数分析，拟实现如下研究目标：(1)建立冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板常温下的设计计算理论；（2）发现冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板火灾下的破坏模式；(3)掌握主要构造参数对冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板承载力及抗火性能的影响规律；(4)构建冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板火灾下整体失效的判定准则、提出科学的抗火设计方法。本研究对建立该轻质组合楼板完整的设计计算理论与科学的抗火设计方法意义重大。

目前国内外对轻质组合楼板的研究仅限于压型钢板-轻骨料混凝土组合楼板和各种轻质叠合板，而且对于轻质组合楼板的火灾行为研究比较薄弱，远远不能满足实际工程需要，尤其对于轻质装配式组合楼板抗火性能的研究极少报道。在综合分析现行钢-混凝土组合楼板基本特征与不足的基础上，提出了一种新型轻质组合楼板体系，其主要特征为：(1)将冷弯薄壁钢与轻骨料（陶粒）混凝土相结合、轻质高强；(2)半装配、无需支模、易于施工；(3)二种材料的各自特性得到充分发挥，且具有良好的舒适性和耐久性。基于常温试验、火灾试验、数值模拟与参数分析，对该新型组合楼板开展了如下研究：(1)常温下组合楼板的构造特征与承载机理研究；（2）冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板火灾下的破坏模式；(3)主要构造参数对冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板承载力及抗火性能的影响规律；(4)开孔冷弯薄壁钢梁-轻骨料混凝土组合楼板承载机理及火灾行为研究；（5）主要构造参数对冷弯开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土组合楼板承载力及抗火性能的影响规律；（6）冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板常温及抗火设计建议；（7）冷弯开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土组合楼板常温及抗火设计建议。所取得的重要结果为：①建立了冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板常温下静载承载力计算的简化公式；②确定了火灾高温下的冷弯薄壁钢及轻骨料混凝土性能指标及本构模型表达式；③提出了冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板的基本构造要求；④确定了冷弯薄壁钢桁架和开孔薄壁钢梁的最优选型；⑤确定了冷弯薄壁钢-轻骨料混凝土组合楼板的常温失效模式；⑥确定了冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板的火灾失效模式；⑦确定了冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板火灾失效机理；⑧发现了影响冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板整体抗火能力的关键因素及规律；⑨提出了指导冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板设计及整体抗火设计的基本原则。所取得的关键数据主要有：①C25陶粒混凝土配合比； ② 建立C25陶粒混凝土本构模型的关键参数； ③冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板组合效应参数；④对冷弯薄壁钢桁架-轻骨料混凝土组合楼板抗火性能的主要影响参数；⑤对冷弯薄壁开孔钢梁-轻骨料混凝土组合楼板抗火性能的主要影响参数。本项研究对建立该轻质组合楼板完整的设计计算理论与科学的抗火设计方法具有重要的理论意义。