考虑端部约束非定常性的钢筋混凝土框架梁的火灾行为研究

The end restraints of reinforced concrete (RC) frame beams under the fire conditions accommodate with the heating time, which may greatly influence the inner force redistribution and the deflection of the beams, even the stability of the whole structure. This project is studying on the time variable of the end restraints of RC frame beams in fire conditions, the fire behavior of restrained RC flexural members, and the effect of variable end restraints on the fire behavior of RC beams. In order to solve these problems, simplified calculation method for the time-variable end restraints of the beams under fire conditions will be proposed, and then, coupled into the proposed structural fire behavior simulation model for restrained RC members. Fire tests of full scaled RC frame beams will be carried out, the fire behavior of the beams will be surveyed. The measured datum will be used to refine the proposed simulation model. Parameter studies will be carried out to discuss the effect of various restraints on the fire behavior of RC members. The accomplishment of this research will contribute to the fire-resistance calculation and analysis of RC structures, and provide instructions for performance based fire-resistance design of complex structures.

火灾高温下，钢筋混凝土框架梁的端部约束强度会随火灾的发展而变化，直接关系到结构的内力重分配和位移等火灾响应，进而影响整体结构的耐火性能。本项目拟研究火灾升降温全过程框架梁端部约束刚度的变化机理，探索不同约束条件下钢筋混凝土框架梁的火灾动力响应，揭示非定常约束对钢筋混凝土框架梁耐火性能的影响规律。项目基于多步迭代的计算方法，根据火灾场景的不同，提出框架梁的端部约束刚度随受火时间变化的简化模型，并将该模型耦合到钢筋混凝土结构火灾行为的模拟计算中，建立非定常约束条件下钢筋混凝土受弯构件火灾动力响应的数值模型。拟开展多组钢筋混凝土框架梁的火灾试验，研究其火灾升降温全过程的火灾行为，验证并完善拟建立的数值模型，并用该模型展开非定常约束对钢筋混凝土梁火灾响应影响的参数分析。研究成果将有助于完善我国钢筋混凝土结构抗火设计的理论和方法，为复杂结构的性能化抗火设计提供科学依据。

钢筋混凝土梁是钢筋混凝土结构中的重要承重构件，其在火灾情况下的动力响应将直接影响整体结构的稳定。钢筋混凝土框架梁的端部约束强度会随火灾温度的发展而变化，从而影响结构的内力重分配和位移等火灾行为，甚至影响整体结构的耐火性能。因此，对于约束构件尤其是考虑端部约束非定常性的钢筋混凝土结构的耐火性能仍然需要进一步深入的研究。本项目设计了钢筋混凝土框架梁的火灾恒载升温装置，利用柱子截面尺寸的不同模拟不同的约束强度，设计并完成了2组足尺钢筋混凝土框架梁的恒载升温试验以及高温后框架梁的极限承载力试验，并试验研究了同批混凝土材料在经历不同高温后的强度退化规律。基于高温后材料强度的退化规律和端部约束强度随温度的变化规律，建立了钢筋混凝土框架梁火灾响应的数值计算模型，并进行了参数分析。研究结果表明：（1）混凝土的高温烧损层深度随着温度的提高呈现逐渐增加的趋势，混凝土的抗压强度随受热温度的升高先小幅增长后大幅线性下降；（2）在升降温全过程中，钢筋混凝土框架梁的变形和约束力随受火温度的升高均呈现先增加后减小的变化特性，且转角峰值相比与弯矩峰值具有滞后性，从而证明了当温度达到一个限值，框架梁端部约束强度随着温度的升高而降低；（3）梁、柱同时受火时钢筋混凝土框架梁的结构响应相较于梁单独受高温时更强烈，且其约束强度相较于梁单独受火时退化的更早。研究成果有助于完善钢筋混凝土材料和结构抗火设计的理论和方法，还可以拓展应用到钢筋混凝土框架结构火灾后的损伤评估和加固，为推动钢筋混凝土结构抗火性能的研究提供理论依据。