鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗火災(zāi)倒塌機理與設(shè)計方法

本課題對高溫下混凝土動態(tài)力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)，鋼筋與混凝土的高溫動態(tài)粘結(jié)性能，梁沖擊損傷后的耐火極限以及梁柱節(jié)點在柱失效后轉(zhuǎn)動和拉結(jié)能力進(jìn)行研究，為合理評估鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗火災(zāi)倒塌能力和制定抗火災(zāi)倒塌設(shè)計方法提供依據(jù)。通過SHPB裝置完成了高溫下（后）混凝土動態(tài)力學(xué)性能試驗，發(fā)現(xiàn)400℃以下，應(yīng)變率硬化效應(yīng)占主導(dǎo)；600℃以上，熱軟化效應(yīng)占主導(dǎo)。完成了高溫后混凝土微觀試驗，發(fā)現(xiàn)水灰比對高溫后的微觀結(jié)構(gòu)和孔隙率影響很大。完成了CFRP約束高溫后混凝土沖擊力學(xué)性能試驗，提出了CFRP約束高溫后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變簡化模型。完成了高溫下及高溫后鋼筋-混凝土界面粘結(jié)沖擊力學(xué)性能試驗，發(fā)現(xiàn)低于200℃時，粘結(jié)強度相比常溫情況略有衰減；大于600℃后，粘結(jié)強度隨溫度升高顯著衰減，高溫后試件粘結(jié)強度低于高溫下試件粘結(jié)強度。完成了沖擊損傷梁殘余承載力與耐火性能試驗，針對彎曲破壞形態(tài)梁，提出了一種標(biāo)準(zhǔn)化后的殘余承載力與抗彎剛度的計算公式。在荷載比一定時，沖擊高度越大，試件的耐火極限越小。完成了梁柱節(jié)點靜力豎向推覆試驗，發(fā)現(xiàn)支座處鋼筋通長比搭接和截斷的節(jié)點抗倒塌能力好，高溫后比高溫下節(jié)點更易形成懸鏈線效應(yīng)。采用ABAQUS有限元軟件，建立了火災(zāi)下（后）鋼筋混凝土梁柱子節(jié)點抗火災(zāi)倒塌數(shù)值分析模型，并進(jìn)行影響因素參數(shù)分析。結(jié)構(gòu)受火災(zāi)倒塌時的大變形失效機理與常規(guī)承載極限狀態(tài)下的失效機理截然不同，通過理論分析，提出了預(yù)測高溫下構(gòu)件溫度內(nèi)力的解析方法和抗倒塌設(shè)計時梁柱節(jié)點荷載-變形簡化計算公式，提出提高柱失效后梁-柱節(jié)點抗倒塌轉(zhuǎn)動和拉結(jié)能力的設(shè)計方法，以及鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的火災(zāi)下（后）抗倒塌能力評估方法和加固方法，研究成果為合理評估鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗火災(zāi)倒塌能力和制定抗火災(zāi)倒塌設(shè)計方法提供依據(jù)。 2100433B

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最為廣泛應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。近年來，頻繁的建筑火災(zāi)事故所造成相當(dāng)數(shù)量的結(jié)構(gòu)倒塌，以及特種廠房也可能遭受高溫下化學(xué)或人為爆炸等災(zāi)害對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生火災(zāi)（高溫）下的沖擊力作用逐步引起人們的重視。結(jié)構(gòu)在同時遭受火災(zāi)（高溫）和倒塌或沖擊作用時，不僅鋼筋和混凝土力學(xué)性能及其粘結(jié)性能嚴(yán)重劣化，而且結(jié)構(gòu)受倒塌和沖擊過程中動態(tài)應(yīng)變率效應(yīng)影響顯著，尤其是在極端倒塌和沖擊荷載作用下的大變形失效機理與常規(guī)承載能力極限狀態(tài)下的失效機理截然不同。然而國內(nèi)外尚未見有對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和構(gòu)件火災(zāi)下動態(tài)抗倒塌性能進(jìn)行研究。因此，亟需對高溫下鋼筋和混凝土力學(xué)性能及其粘結(jié)性能的動態(tài)應(yīng)變率效應(yīng)，框架梁、柱構(gòu)件和梁-柱節(jié)點子結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下動態(tài)抗沖擊性能和倒塌失效機理，以及柱失效后梁-柱節(jié)點抗倒塌轉(zhuǎn)動和拉結(jié)能力進(jìn)行研究，為合理評估鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗火災(zāi)倒塌能力和制定抗火災(zāi)倒塌設(shè)計方法提供依據(jù)。

倒塌是結(jié)構(gòu)破壞的一種極端情況，是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所力圖避免出現(xiàn)的災(zāi)難性后果。本項目以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為研究對象，在對結(jié)構(gòu)遭受柱失效情況下的抗倒塌性能深入研究的基礎(chǔ)上，基于敏感性分析研究了替換荷載路徑原理與安全評估方法、基于能力需求曲線方法的抗倒塌性能評估方法以及基于位移的抗倒塌設(shè)計方法。項目研究主要內(nèi)容為現(xiàn)澆空間鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌試驗與梁柱結(jié)構(gòu)對比試驗、結(jié)構(gòu)抗倒塌全過程數(shù)值模擬分析、替換荷載路徑原理與評估方法以及抗倒塌性能評估方法與設(shè)計方法等。項目研究主要目標(biāo)為深入掌握鋼筋混凝土空間框架結(jié)構(gòu)在快速移除過程中與之后的抗倒塌性能，基于最大限度耗盡結(jié)構(gòu)承載能力來保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌情況下，研究結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能評估方法以及替換荷載路徑評價標(biāo)準(zhǔn)，建立框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計體系。

由于偶然作用導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞可能產(chǎn)生嚴(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)后果。偶然作用包括強烈地震、火災(zāi)、恐怖襲擊以及人為意外事故等。本項目以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為對象，在對結(jié)構(gòu)抗倒塌性能深入研究的基礎(chǔ)上，提出抗倒塌性能的簡化分析方法、統(tǒng)一的抗震和抗倒塌構(gòu)造措施和綜合抗災(zāi)設(shè)計方法。項目研究的主要內(nèi)容為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和梁柱組合單元抗倒塌試驗和擬動力試驗技術(shù)，結(jié)構(gòu)在極限變形條件下的非線性分析，結(jié)構(gòu)抗倒塌簡化分析方法和統(tǒng)一構(gòu)造措施，基于非概率集合模型的結(jié)構(gòu)倒塌危險性分析，基于性能的結(jié)構(gòu)綜合抗災(zāi)設(shè)計方法等。項目研究的主要目標(biāo)是深入掌握鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能，綜合結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的大震不倒原則，提出不顯著增加結(jié)構(gòu)造價而將結(jié)構(gòu)倒塌破壞風(fēng)險減少到最低程度的綜合抗災(zāi)設(shè)計方法。 2100433B

《油氣田儲罐抗風(fēng)和抗震理論與設(shè)計方法》提出一種新的儲罐結(jié)構(gòu)形式——網(wǎng)殼儲罐，此結(jié)構(gòu)可以充分利用網(wǎng)殼抗拉、抗彎性能好的特點，有效地減小底板和罐壁的板材厚度，降低造價，且具有外觀獨特、優(yōu)美，視覺效果好等優(yōu)點。