钢_混凝土组合结构抗火性能研究与应用

建筑结构学报Jour nal of Bu ildi ng Structures第31卷第6期2010年6月

V ol131No16J une2010013文章编号:1000-6869(2010)06-0096-14

钢-混凝土组合结构抗火性能研究与应用

余志武,丁发兴

(中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075)

摘要:钢-混凝土组合结构抗火性能研究是当前的研究热点之一,国内外学者对此展开大量试验研究和理论分析。通过介绍国内外研究者在组合板、组合梁、组合柱等构件以及结构节点和结构体系抗火性能方面研究概况,分析了我国现有防火设计规范的特点以及工程应用情况,指出现有研究的不足,对组合结构抗火研究领域在高温材料热-力耦合本构关系、计算理论、数值火灾试验和设计方法等方面需进一步研究的工作进行了展望。文中指出,建立考虑升降温、多轴应力状态、不同加卸载路径的钢材和混凝土热-力耦合本构关系,建立基于整体性能、考虑升降温全过程的结构抗火分析理论,建立整体结构数值火灾试验方法,提出/三水准0结构抗火设计与灾后结构损伤评估原则以及基于时变可靠度和结构整体性能的组合结构抗火设计方法是钢-混凝土组合结构抗火性能研究的关键科学问题。

关键词:组合结构;抗火性能;耐火极限;抗火设计;火灾全过程

中图分类号:TU398文献标志码:A

Fire perfor mance research and applicati on on

stee-l concrete co mposite structures

YU Zhi w u,DING Faxing

(School of C i vil Engi neering and Arch itecture,Central South Un i versity,Changsha410075,Chi na)

Abstract:F ire perfor m a nce of stee-l concrete c o m posite str uctures has bee n a focal poi nt of researc h for recent years. M any experm i ental tests and theoretical analysis have been carried out by researchers a ll over the world.This paper summarizes the recent achieve m e nts m ade i n fire perfor mance of co m posite slabs,co m posite bea m s,co mposite colu mns,bea m-colu mn connect i ons,fra m es and str uctur a l syste m.The features o f the code for f ire pr otecti on design and the pr actical appli cat i on are also ana l yzed.T he prm i e proble ms ex i st i ng i n the fiel d o f fire perfor m ance are po i nted out in this paper.The issues related to the fire perfor mance of co mposite str uctures,such as materi a l ther ma-l stress coupled constituti vem ode,l analytical t heor y,numerical fire testi ng,and f i re perfor m ance desi gn method which require f urther research are d i scussed.F i ve key proble m s concer ning w ith fire perfor m a nce of stee-l concrete co mposite str uctures are ident ified:(1)The ther ma-l stress coupled constituti ve models o f steel and c oncrete,wh ic h consi der the factors such as heat i ng and post-fire coo li ng,mult-i ax i a l stress states,and different routes o f load and unload,shou l d be pr oposed;(2)T he analytical methods for fire perfor m ance of co m posite str uctures consi deri ng heating and post-fire coo ling should be established based on g lobal str uctural behavior;(3)The nu m erical fire testing method for the global str uctural should be established;(4)The-three level.fire perf or m ance desi gn for str uctures and pri nci ples of da mage assess m ent for str uctures after fire should be established;(5)T he desi gn m et hods for co m posite structures should be proposed base d on t m i e-dependent reli ab ility and g lobal structural behavior.

keywords:co mposite struct ure;fire perfor m a nce;f ire resi sta nce;f i re-resista nce desi gn;f ul-l range fire

基金资助:国家自然科学基金项目(50808180),教育部博士点基金项目(200805331064),湖南省自然科学基金项目(07JJ4014)。

作者简介:余志武(1955)),男,湖南临湘人,工学硕士,教授。E-ma i:l zh w yu@m ail1csu1edu1cn

通讯作者:丁发兴(1979)),男,浙江瑞安人,工学博士,副教授。E-m a i:l d i n f ax i n@m ail1cs u1edu1cn

收稿日期:2010年3月

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1前言

随着城市化进程的加速,人口和建筑群的进一步密集,尤其是大量的钢管混凝土高层建筑的迅速发展,建筑火灾隐患增加,一旦发生火灾,对人的生命和财产造成极大的危害。如2001年9月11日,美国纽约世界贸易中心两栋大楼受到恐怖组织的袭击,/9111事件0使美国损失民航飞机4架、世贸双子塔楼和五角大楼一角;伤亡3465人;估计带给美国的直接损失为255亿美元,而间接损失高达2000亿美元。2004年10月l7日,委内瑞拉首都加拉加斯的56层221m高的中央公园双子塔发生大火,火灾持续18h,造成数亿美元的直接经济损失。

国内建筑火灾造成的损失也较为惨重。2003年11月3日,湖南衡阳发生特大火灾,衡州大厦3000多平方米建筑整体倒塌(调查表明,火灾下衡州大厦西部偏北的5根柱损毁比较严重,因承载能力不足而引起整体倒塌),20名消防官兵身亡。2007年12月l2日,温州市鹿城区人民路的温富大厦发生大火,造成多人死亡。2008年1月2日,新疆乌鲁木齐市的德汇国际广场批发市场发生火灾,3名消防官兵殉职、财产损失严重。2009年2月9日,在建的中央电视台新台址园区文化中心(央视新大楼北配楼)发生特别重大火灾事故,在救援过程中造成1名消防队员牺牲,6名消防队员和2名施工人员受伤。建筑物过火、过烟总面积21333m2,其中过火面积84902,造成直接经济损失16383万元。

钢-混凝土组合结构具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好、施工方便以及造价经济合理等优点,近年来在高层建筑结构中得到广泛应用。因此,研究钢-混凝土组合结构的抗火性能、建立钢-混凝土组合结构的抗火设计理论具有重要的现实意义。

为此,本文对国内外的钢-混凝土组合结构抗火性能研究现状进行总结,对国内已有的抗火设计规范进行讨论,对钢-混凝土组合结构抗火性能方面需要进一步研究的工作进行展望,期望能为后续研究提供一些意见和建议。

2国内外组合结构抗火研究

钢-混凝土组合结构是由压型钢板-混凝土组合楼板(或钢筋混凝土楼板)、钢-混凝土组合梁、钢管混凝土柱或型钢混凝土柱组成。研究范围包括组合结构构件及组合节点、组合结构体系的试验研究、理论分析、设计方法和工程应用等方面。211试验研究

1995年前,国内外学者对火灾下组合结构抗火性能的研究集中于构件抗火性能试验研究,此时的研究工作比较基础。1995年英国Car dington的BRE 火灾研究实验室在一个8层高的足尺钢柱-钢板-混凝土组合楼盖框架结构内进行了7个局部火灾试验研究,包括组合梁、组合楼板、组合框架等在实际结构中的抗火性能,结果表明结构中构件的抗火性能优于单个构件的抗火性能。为此,国内外学者对约束状态下构件的抗火性能或考虑结构整体的构件抗火性能展开研究。而基于构件层次的构件抗火试验研究依然是验证学者们提出的结构抗火计算理论和材料本构关系合理性的基础。

21111压型钢板-混凝土组合楼板

国外对压型钢板-混凝土组合楼板的抗火性能展开研究较早。1990年以前,荷兰的Brekela mans等人分别针对简支边界条件[1]、固支边界条件 …… 此处隐藏：4293字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……