装配式闭口倒置帽型钢-轻质混凝土组合楼板火灾响应及火灾后力学行为研究

Based on the present research status and demand of social development of lightweight composite floors, the new lightweight precast fabricated composite floor consisting of closed convert cap-shaped steels and light aggregate concrete was studied through a series of experiments of fire response and post-fire mechanical behavior of the floor and corresponding numerical simulation and parameter analysis, the research objectives to be realized are as: (1)To reveal the characteristics of fire response of the composite floor; (2)To find the key parameters greatly affecting the resistance limit relation of the composite floor and the relation between them; (3)To obtain the relationship of the vertical deformation stiffness of the composite floor after fire with the main effect factors; (4)To establish the computational methods of the post-fire bearing capacity of the new composite floor presented here. The project has obvious characteristic and innovation which are as: 1) The correlation between the main construction parameters of the composite floor and the applied loads and the boundary condition for the floor in fire is considered for study of the resistance limit of the composite floor, and a variety of bearing conditions for the composite floor in fire is going to be considered; 2)The simulation and simplified calculation of bidirectional effect of the composite floor is to be realized through the computational model of equivalent continus composite beam with elastic support; 3) The artificial injection water cooling is applied to get more real understanding of the post-fire mechanical performance of the composite floor after fire . The research work to be finished will provide important scientific basis for establishing scientific method for fire resistance design and post-fire rehabilitation theory of the new lightweight assembled composite floor.

基于目前国内外对轻质组合楼板的研究现状和社会发展需要，项目以新型装配式闭口倒置帽型钢-轻骨料混凝土组合楼板为研究对象，通过一系列火灾响应试验、火灾后力学行为试验及数值模拟和参数分析，拟实现如下目标：（1）揭示该组合楼板的火灾响应特征。（2）发现组合楼板耐火极限的关键影响参数及内在关系。（3）寻求组合楼板火灾后竖向变形刚度与关键影响因素的关系式。（4）建立火灾后组合楼板剩余承载力表达式。项目的特色和创新之处也比较明显，主要体现在：1）在进行组合楼板的耐火极限研究时，将考虑组合楼板关键构造参数与受火时的承载条件和边界条件的相关性，且承载状态考虑多种荷载工况；2）通过建立等效连续弹性支撑组合梁模型实现对组合楼板双向效应模拟与简化计算；3）熄火时采用人工喷水冷却方式，可更好地揭示组合楼板的火灾后受力性能。所取得的研究成果将对于建立该轻质装配式组合楼板抗火设计方法和火灾后修复理论提供重要的科学依据。

装配式结构体系研究是近十年来我国结构工程领域的热点课题，而装配式轻质组合楼板则是重要的研究对象。楼板作为建筑物的重要组成部分，不仅具有承重作用同时也发挥着重要的防火隔断功能。因此对各种新型组合楼板开展抗火性能研究，从而建立完善的抗火设计方法具有十分重要的应用价值。 在此背景下本项目对新型轻质组合楼板—帽型钢-轻骨料混凝土组合楼板的基本构造、火灾行为及火灾后承载性能进行研究。主要研究内容包括：① 常温下内嵌薄壁钢-轻质组合楼板承载机理研究。②闭口倒置帽型内嵌薄壁钢-轻骨料混凝土组合楼板火灾响应试验研究。③ 闭口倒置帽型内嵌薄壁钢-轻骨料混凝土组合楼板火灾后力学行为研究。 ④ 预制内嵌薄壁钢-轻骨料混凝土装配式组合楼板火灾行为研究。⑤预制内嵌薄壁钢-轻骨料混凝土装配式组合楼板火灾后承载性能研究。⑥ 帽形钢梁-轻骨料砼预制板块叠合装配式组合楼板的火灾行为研究。⑦ 帽形钢梁-轻骨料砼预制板块叠合装配式组合楼板的火灾后承载性能研究。⑧组合楼板承载力及位移计算的相关模型与方法研究。通过较为系统的试验研究和模拟分析得到如下重要结果：（1）内嵌的薄壁钢架具有良好的弹性受力特征。板内填充混凝土与钢架的滑移非常小，内嵌薄壁钢架的横梁可以有效的将力传递给纵梁，并且可以阻止内部填充混凝土滑移。（2）增加上部后浇砂浆和底部垫层与内嵌薄壁钢架的竖向连接，可以有效的提高组合楼板的整体性。（3）埋置十字型钢筋的预制板组成的内嵌薄壁钢轻质组合楼板，其抗火性能明显优于埋置钢丝网片，但是钢筋数量提高100%对组合楼板响应位移无明显影响。（4）组合楼板连接件处未出现较大裂缝，说明预制板之间的槽型连接件能有效增强组合楼板的整体性。（5）人工喷淋冷却虽然能让组合楼板达到在短时间内变形恢复的目的，但是人工喷淋冷却较自然冷却使组合楼板降温过程中产生较大损伤，从而使组合楼板火灾后的承载能力和整体刚度降低。（6）火灾试验中的堆载方式对楼板加载试验中的最大挠度有影响。相同堆载重量下局部堆载使得加载试验过程中楼板的位移相对较大。（7）钢梁的温度变化和炉温趋于一致，高温使得钢骨架的刚度和强度大为削弱，导致楼板的挠度较大，说明钢梁是该组合楼板防火设计的重点，后续可以采取更多的防火措施。本研究所得结论对于建立完善的轻质组合楼板计算理论、创建其抗火设计方法及火灾后修复的理论体系意义重大，也有利于装配式结构的快速发展。