建筑结构抗火性能研究

【摘要】： 在火灾作用下,火灾高温使得结构材料的性能发生严重劣化,结构构件将发生剧烈的内力重分布,结构变形显著加剧,从而造成结构的承载性能大大削弱,危及结构的安全,甚至导致结构发生局部或整体倒塌和破坏。因此如何合理进行结构的抗火设计,特别是通过系统的理论分析和研究,建立一整套科学、可靠、实用的结构抗火设计方法,正日益受到学术界和工程界的关注。 本文在前人的工作基础上,对火灾高温作用下的钢筋混凝土结构、钢结构和构件的受力状态以及火灾冲击荷载作用下简支钢梁的动力响应做了进一步的研究,主要研究工作如下： 1.基于非线性弹性理论和弹塑性理论,对火灾条件下的钢筋混凝土结构本构关系和结构受力分析过程进行了探讨,并对在结构荷载和火灾高温共同作用下的钢筋混凝土框架的变形及内力重分布进行了模拟分析； 2.通过对大量实验数据和高温下结构材料力学性能的变化分析,给出了火灾高温作用下结构构件极限承载力的计算表达式； 3.基于对火灾高温下不同结构形式的结构构件极限承载力的变化分析,采用结构等效楼面活荷载来描述火灾高温对结构及其构件的作用效应,给出了等效楼面活荷载的计算公式并分析了其变化规律,从而简化了火灾高温作用下结构承载能力的分析方法,满足了工程上简化计算的需要； 4.开展了火灾高温下钢框架结构非线性分析,推导出结构单元内力增量与位移增量及单元温度变化之间的关系,构建了结构整体刚度矩阵与结构不平衡力之间的关系。以整体结构为目标,对在结构荷载和火灾高温共同作用下的钢结构框架的变形及内力状态进行了模拟分析,使之能够更为合理地分析和描述火灾高温作用下钢结构框架的受力状态； 5.根据火灾不同时刻钢梁内部温度的变化,考虑火灾高温对材料弹性模量和屈服强度的影响,分析了火灾冲击荷载作用下的简支钢梁的动力响应。