结构火灾反应子结构混合试验关键技术研究

The effective way of ensuring structural fire safety is to lift fire prevention capabilities of itself. However, it is difficult at present to perform experimental test and analysis on the fire safety of overall structure through current test methods including the component fire test and the whole structure fire test methods. This project aims to establish the substructure hybrid fire test method(Combined computer and actuator for structural fire tests), and investigate the theoretical algorithm, numerical analysis method, the experimental research and application four aspects. Based on the principle of quasi dynamic test method, this project firstly build the theoretical model of substructure hybrid fire test method for structure under fire, and through the research of substructure interface response algorithm and error analysis, interface coordination methods and circulatory system control strategy will be proposed to solve the key problems such as the boundary coordination and system control. Then study and analyze the method of substructure partition, the new numerical analysis algorithms, and efficient parallel solving method base on the theoretical model, and study and put forward the boundary of coordination and control system realization method based on the finite element method (FEM) and system control software platform combined with the loading test equipment. Finally, high-rise structure substructure hybrid test will be carried out through the developed test platform for the substructure fire test research, and the results will be verified through the numerical analysis result of whole structure under fire, and the fire resistance of the overall structure of the high-rise structure can be analyzed. The research results of this project will promote the study on fire resistance of a new direction in the field of structure under fire, and provide a basis for study on fire performance of large and complex structures.

提升结构自身对火灾的防御能力，是实现结构火灾安全的有效途径，目前整体结构的火灾安全难直接通过构件或整体结构火灾试验方法进行试验研究与分析。本项目拟建立结构火灾子结构混合试验方法(计算机与作动器联机进行结构火灾试验)，并从理论模型与算法、数值方法、试验研究和应用等方面开展研究。项目首先拟基于拟动力试验方法原理，研究子结构火灾混合试验方法的理论模型；通过子结构界面响应算法研究及误差分析，提出界面协调方法与系统循环控制策略，解决边界协调和系统控制等关键问题；其次基于建立的理论模型，研究子结构划分、新型数值分析算法和高效的并行求解方法，基于有限元与系统控制软件平台结合试验加载设备，研究并提出边界协调和控制的系统实现方法。最后进行高层整体结构的子结构火灾混合试验研究与验证分析，并进行实际高层整体结构的耐火性能研究。项目研究成果将促进结构抗火领域新方向的研究，并为大型复杂结构的耐火性能研究提供基础。

建筑火灾可导致结构破坏甚至倒塌，目前常采用试验的方法包括单独构件的火灾试验、约束构件的火灾试验、局部结构的火灾试验以及整体结构的火灾试验，都难以经济有效的进行整体结构的耐火性能试验研究。因此，进一步开展结构火灾试验方法研究，建立经济有效的整体结构耐火性能试验方法，对大型复杂整体结构的耐火性能研究与分析具有非常重要的理论意义和应用价值。. 本项目为了实现大型复杂整体结构的耐火性能研究，针对经济有效的整体结构耐火性能试验方法开展研究，提出了火灾混合试验方法。本项目建立了结构火灾子结构混合试验方法(计算机与作动器联机进行结构火灾试验)，并从理论模型与算法、数值方法、试验研究和应用等方面开展了研究。项目首先拟基于拟动力试验方法原理，研究了子结构火灾混合试验方法的理论模型；通过子结构界面响应算法研究及误差分析，提出界面协调方法与系统循环控制策略，解决边界协调和系统控制等关键问题；其次基于建立的理论模型，研究子结构划分、新型数值分析算法和高效的并行求解方法，基于有限元与系统控制软件平台结合试验加载设备，研究并提出了边界协调和控制的系统实现方法。采用MTS试验系统替换-LabVIEW仿真系统,构建了ABAQUS-OpenFresco-MTS混合试验软件和硬件系统，最后进行3自由度的子结构试验研究与分析，并进行实际高层整体结构的耐火性能研究。项目研究成果为整体结构的耐火性能试验研究提供了一种经济有效的整体结构耐火性能试验方法，促进了结构抗火领域新试验方法的研究，可为大型复杂结构的整体耐火性能研究提供基础。