局部火灾下受约束钢柱抗火性能

采用准确可靠的方法对结构进行抗火设计，可避免或减小建筑火灾导致的直接和间接损失。国内外现行结构抗火设计规范主要基于单独构件抗火性能的研究成果。然而，局部火灾下或考虑火灾蔓延效应，不同钢柱升温速度不同，一方面高温钢柱的热变形受到约束；另一方面，构件刚度比发生变化，结构发生内力重分布，因此必须考虑结构整体性的影响。同时，由于隔墙等非结构构件的保护，局部火灾下钢柱的截面温度可能不均匀。目前已经有对受约束钢柱抗火性能的研究，但主要集中在火灾下受约束钢柱弯曲屈曲方面，且假设钢柱所受约束不变，及钢柱长度和截面方向温度均匀。另外，给出的受约束钢柱抗火分析方法是建立在数值计算结果上的回归公式，公式系数没有明确的物理意义。本项目拟基于压弯构件弹塑性屈曲分析理论，研究受约束钢柱抗火性能分析方法，并考虑钢柱截面温度不均匀的影响。通过9个受约束钢柱抗火试验对理论模型进行验证，以建立更准确可靠的钢柱抗火分析理论。

采用试验与理论研究方法，对局部火灾下受约束钢柱的受力性能、破坏准则、高等分析方法、及屈曲温度和破坏温度的简化计算方法进行了研究。进行了三组共9根足尺受约束钢柱抗火性能试验，研究参数包括约束刚度比和截面温度梯度等。试验采用标准火灾升温，量测了受约束钢柱的温度分布，轴力发展，轴向变形，挠度变形和钢柱扭转变形等，为理论的验证提供了试验依据。建立了受约束钢柱受力分析有限元模型，利用本项目试验及国内外其他试验资料，对单元类型，单元网格尺寸，材料模型，求解方法等对计算结果的影响。依据有限元模型，对局部火灾下考虑截面温度分布情况的钢柱进行了参数分析，研究参数包括：受约束钢柱的荷载比，约束刚度比，长细比，温度分布情况等对钢柱屈曲温度和破坏温度的影响，以及对受约束钢柱弯扭屈曲性能的影响。依据大变形状态下梁柱弯曲理论，建立了受约束钢梁在火灾下的理论分析模型，以节点转角和弧线坐标作为基本参数，并考虑截面温度分布情况，求解钢梁在火灾升温全过程下的轴力发展，轴向变形，挠度变形和钢柱扭转变形等。在试验研究、理论分析和有限元参数模拟的基础上，建立了受约束钢柱在升温下屈曲温度和临界温度的简化计算方法。建立了更准确可靠的钢柱抗火分析理论。. 在上述研究的基础上，发表论文16篇，出版专著1部，申报国家专利2项。培养硕士研究生4名，其中1名已毕业，另3名将与2014年6月毕业。