火灾下钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能研究

建筑结构发生火灾后，除可能引起结构倒塌和造成人员伤亡外，还可能导致结构的建筑功能丧失并引起较大间接经济损失。目前国内外钢管混凝土结构抗火研究主要针对独立构件，然而独立构件与整体结构中构件的抗火性能有很大不同，其原因是整体结构中的构件由于受到与其相邻构件的影响，而改变其作为独立构件时的受力方式，且在火灾作用下，钢材和混凝土的温度膨胀效应也表现出很大的差异。本项目将研究高层建筑结构中应用较多的钢管混凝土柱-钢梁加强环节点（简称钢管混凝土柱-钢梁节点）的抗火性能，基于弹塑性有限元理论建立其在火灾作用下的理论分析模型，并通过8个节点试件的受火试验，对分析理论进行验证。通过本项目试验和理论研究，将揭示钢管混凝土柱-钢梁节点的受火温度场及内力变化规律和受火破坏机理，确立其受火破坏准则和抗火设计原则，建立能较准确反映结构整体性的抗火设计方法，使钢管混凝土柱-钢梁节点抗火设计理论取得实质进展。

对组成钢管混凝土梁柱节点的基本构件的抗火性能进行了理论和试验研究；以截面形式、混凝土类型和试件曾经历的最高温度为主要参数，进行了32个钢管再生混凝土短柱和8个钢管普通混凝土对比试件火灾（高温）后力学性能的试验研究；在确定钢材和核心再生混凝土本构关系模型的基础上，建立了火灾（高温）后钢管再生混凝土短柱轴压力学性能分析的有限元模型，揭示了火灾（高温）后钢管再生混凝土短柱的工作机理；在系统参数分析结果的基础上，提出了火灾（高温）后钢管再生混凝土轴压承载力和弹性模量的简化计算公式。基于有限元软件ABAQUS建立了钢管混凝土柱-组合梁节点的理论分析模型，初步分析了影响该类节点火灾下和火灾升、降温共同作用下力学性能的主要因素；设计了8个方钢管混凝土柱-组合梁节点试件（火灾下试件6个、火灾升、降温作用下试件2个），考察梁柱弯矩比（或线刚度比）、梁防火保护层厚度、梁荷载比等参数对该类节点时间－温度关系、破坏形态、荷载-变形关系和变形-时间关系的影响规律。本项目的研究成果可为整体钢管混凝土框架结构的抗火设计及其火灾后的评估修复提供参考。