结构中钢筋混凝土双向板火灾行为研究

在已完成的12块不同边界条件钢筋混凝土双向板足尺抗火试验的基础上，拟对结构中的2块1×1跨钢筋混凝土双向板、2×2跨和3×2跨连续双向板进行试验。试验内容主要包括：结构中的钢筋混凝土双向板在使用荷载下按照国际标准ISO834升温曲线进行抗火试验，研究双向板的裂缝发展情况、破坏模式、极限承载力；测试双向板沿厚度方向的温度场分布以及板的挠度随火灾持续时间的变化规律；结构中与双向板相连的其他构件和支承部分的内力重分布情况。通过试验，可以研究结构中板的约束部分对混凝土双向板火灾行为的影响，同时可与已有的双向板抗火试验结果相比较。. 在理论和计算分析方面，根据有限变形力学原理和Mindlin板理论，编制有限元程序分析结构中双向板在火灾作用下的力学行为及板的薄膜效应；应用板块平衡法和能量法建立计算双向板的极限承载力计算模型，从而为建筑结构的抗火设计提供可靠的理论依据，以便于工程设计。

火灾下，钢筋混凝土双向板受力复杂，且影响因素多，目前相关的试验及理论研究尚不完善。单个构件抗火试验可以为结构抗火设计提供初步的数据支持和理论指导，但是单个构件与真实整体结构中构件的受力情况、边界条件并不相同，整体结构中相邻构件间的相互作用以及其它部分对构件的约束作用可以对构件的火灾行为产生不同的影响。基于上述原因， 项目组共开展了足尺钢框架整体结构中2个单块钢筋混凝土双向板、2*2区格连续钢筋混凝土双向板、2*3区格连续钢筋混凝土双向板的抗火性能等相关的试验研究，同时开展了大挠度下钢筋混凝土双向板的力学性能研究。通过研究，主要得出以下结论：.(1)火灾下整体结构中相邻构件间的相互作用以及周边相邻构件的约束对板的火灾行为影响显著；角区格板在板顶靠近内板边的1/4跨度处（板顶负弯矩钢筋截断处）出现对板的力学行为有较大影响的主裂缝，中区格板在板顶沿板边形成圆型塑性铰线；由于结构连续性及相邻构件间的互相约束，与受火板相邻的未受火板顶也出现了规则裂缝；整体结构中钢筋混凝土双向板具有较好的抗火性能。.(2)受火板格的开裂模式取决于其自身边界条件，非受火板格开裂模式取决于受火板格的数量和位置；相比单一受火钢梁构件，由于受到周围结构单元的约束作用，结构中钢梁具有较强的抗火承载能力；对比高强度螺栓连接节点，混合连接节点有效防止受火钢梁发生局部屈曲。.(3)由于经典屈服线理论无法考虑受拉薄膜效应对钢筋混凝土板大挠度下承载力的影响，基于经典屈服线理论的基本假定及其板块平衡法和机动法计算原理，认为受拉薄膜效应是由塑性铰线截面处钢筋合力的竖向分量或钢筋伸长做功所引起，提出了钢筋混凝土单向板和双向板在常温下的大挠度承载力计算模型。结果表明：提出的模型在计算钢筋混凝土板大挠度下承载力时具有较好的精度。.(4)为验证提出的受拉薄膜效应计算模型，开展了10块足尺钢筋混凝土板在大挠度下的常温静力加载试验，包括：简支、固支、和一边简支一边固支等三种边界条件的6块单向板，和四边简支矩形和四边简支方形两种条件的4块双向板。根据试验现象验证了受拉薄膜效应是由塑性铰线截面上钢筋合力的竖向分量或者钢筋伸长做功引起的这一假设的合理性。根据试验数据的分析，对提出的钢筋混凝土受拉薄膜效应计算模型中的挠度特征值计算公式进行了修正，并验证了提出模型的合理性和有效性。