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

本課題對(duì)高溫下混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)，鋼筋與混凝土的高溫動(dòng)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(diǎn)在柱失效后轉(zhuǎn)動(dòng)和拉結(jié)能力進(jìn)行研究，為合理評(píng)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(jì)方法提供依據(jù)。通過(guò)SHPB裝置完成了高溫下（后）混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，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(yàn)，發(fā)現(xiàn)水灰比對(duì)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(yàn)，提出了CFRP約束高溫后混凝土應(yīng)力-應(yīng)變簡(jiǎn)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(yàn)，發(fā)現(xiàn)低于200℃時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度相比常溫情況略有衰減；大于600℃后，粘結(jié)強(qiáng)度隨溫度升高顯著衰減，高溫后試件粘結(jié)強(qiáng)度低于高溫下試件粘結(jié)強(qiáng)度。完成了沖擊損傷梁殘余承載力與耐火性能試驗(yàn)，針對(duì)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(jì)算公式。在荷載比一定時(shí)，沖擊高度越大，試件的耐火極限越小。完成了梁柱節(jié)點(diǎn)靜力豎向推覆試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)支座處鋼筋通長(zhǎng)比搭接和截?cái)嗟墓?jié)點(diǎn)抗倒塌能力好，高溫后比高溫下節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)的大變形失效機(jī)理與常規(guī)承載極限狀態(tài)下的失效機(jī)理截然不同，通過(guò)理論分析，提出了預(yù)測(cè)高溫下構(gòu)件溫度內(nèi)力的解析方法和抗倒塌設(shè)計(jì)時(shí)梁柱節(jié)點(diǎn)荷載-變形簡(jiǎn)化計(jì)算公式，提出提高柱失效后梁-柱節(jié)點(diǎn)抗倒塌轉(zhuǎn)動(dòng)和拉結(jié)能力的設(shè)計(jì)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(píng)估方法和加固方法，研究成果為合理評(píng)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(jì)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(lái)，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(duì)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(shí)遭受火災(zāi)（高溫）和倒塌或沖擊作用時(shí)，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(guò)程中動(dòng)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(jī)理與常規(guī)承載能力極限狀態(tài)下的失效機(jī)理截然不同。然而國(guó)內(nèi)外尚未見有對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和構(gòu)件火災(zāi)下動(dòng)態(tài)抗倒塌性能進(jìn)行研究。因此，亟需對(duì)高溫下鋼筋和混凝土力學(xué)性能及其粘結(jié)性能的動(dòng)態(tài)應(yīng)變率效應(yīng)，框架梁、柱構(gòu)件和梁-柱節(jié)點(diǎn)子結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下動(dòng)態(tài)抗沖擊性能和倒塌失效機(jī)理，以及柱失效后梁-柱節(jié)點(diǎn)抗倒塌轉(zhuǎn)動(dòng)和拉結(jié)能力進(jìn)行研究，為合理評(píng)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(jì)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(jì)所力圖避免出現(xiàn)的災(zāi)難性后果。本項(xiàng)目以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，在對(duì)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(píng)估方法、基于能力需求曲線方法的抗倒塌性能評(píng)估方法以及基于位移的抗倒塌設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)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(yàn)與梁柱結(jié)構(gòu)對(duì)比試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)抗倒塌全過(guò)程數(shù)值模擬分析、替換荷載路徑原理與評(píng)估方法以及抗倒塌性能評(píng)估方法與設(shè)計(jì)方法等。項(xiàng)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(guò)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(lái)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(píng)估方法以及替換荷載路徑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)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(huì)經(jīng)濟(jì)后果。偶然作用包括強(qiáng)烈地震、火災(zāi)、恐怖襲擊以及人為意外事故等。本項(xiàng)目以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為對(duì)象，在對(duì)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(jiǎn)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(jì)方法。項(xiàng)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(yàn)和擬動(dòng)力試驗(yàn)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(jiǎn)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(xiǎn)性分析，基于性能的結(jié)構(gòu)綜合抗災(zāi)設(shè)計(jì)方法等。項(xiàng)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(jì)的大震不倒原則，提出不顯著增加結(jié)構(gòu)造價(jià)而將結(jié)構(gòu)倒塌破壞風(fēng)險(xiǎn)減少到最低程度的綜合抗災(zāi)設(shè)計(jì)方法。 2100433B

《油氣田儲(chǔ)罐抗風(fēng)和抗震理論與設(shè)計(jì)方法》提出一種新的儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)形式——網(wǎng)殼儲(chǔ)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(diǎn)，有效地減小底板和罐壁的板材厚度，降低造價(jià)，且具有外觀獨(dú)特、優(yōu)美，視覺效果好等優(yōu)點(diǎn)。