课题基金 / 基金详情

基于高性能耐火钢材的组合楼盖结构体系抗火性能研究

批准号:
52078276
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
石永久
依托单位:
学科分类:
工程防灾
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
石永久

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
压型钢板钢-混凝土组合楼盖是多高层建筑的关键构件,其抗火性能是影响结构整体安全性的关键要素。普通压型钢板钢-混凝士组合楼盖的自身抗火性能难以满足结构抗灾安全性要求,压型钢板主要用做施工阶段的模板,钢梁部分需要采用防火涂料或防火保护保证其火灾下的安全性,抗火保护层存在耐久性难以与主体结构等寿命,且维修困难并成本高的难题。新型耐火结构钢材的应用为提高组合楼盖抗火性能提供了新的途径,由被动防护变为主动抗火。目前国内外对耐火钢组合楼盖抗火性能的科学问题缺乏基础性研究,更无应用技术、设计方法和技术标准。本项目提出采用耐火钢构建新型钢-混凝土组合楼盖体系,系统研究新型组合楼盖在常温和火灾下的受力性能和破坏机理,建立耐火钢组合楼盖的抗火性能评价和设计方法,为耐火钢组合楼盖应用提供依据。本项目研究是高性能组合结构体系及其整体抗灾性能基本设计方法的创新,对提高建筑结构全寿命抗灾安全性具有重要学术意义和应用价值。
英文摘要
Profiled steel-concrete composite floor are the primary structural member in high-rise building, and its fire resistance is the dominant considerations in assessing the structural safety. The fire resistance of traditional composite beam and slab is provided by fire coating or insulation material, and the profiled steel deck is used as the formwork for in-situ casting concrete slab. However, the durability of fire protection may not be consistent with the structural members. Meanwhile the maintenance and rehabilitation of fire protection is expensive and difficult, and new solution is required. The high performance fire-resistant steel(HPFRS) with the properties of less strength reduction under elevated temperature has provided an innovative method for significantly improving the fire resistance of steel-concrete composite floor. Unfortunately, there is neither fundamental research being performed in applying HPFRS in composite beam and slab nor technology and specification available for assessing fire behavior of composite structure fabricated from HPFRS. This project proposes an innovative composite floor system with fire-resistant steel deck to improve the fire resistance of composite floor. The structural behavior of the new type composite floor under normal and elevated temperature will be extensively investigated, and the failure mode and fire resistance will be understood. The fundamental analysis and design method for assessing the fire resistance of the new type of composite floor will be provided to demonstrate the benefit of higher fire resistance of HPFRS. The project outcomes will also provide indispensable information for drafting specification relevant to composite beam fabricated from HPFRS. The project outcome will produce an innovative solution for fire safety of composite beam where the fire resistance can be provided by the structural member itself instead of fire protection, and will make a great contribution to the development of high performance structural system and its design theory, with the potential to increase the safety of building structures.
本课题以耐火钢闭口压型钢板-混凝土组合梁为研究对象,充分集成了结构材料和组合楼盖的高承载力和高抗火性能的综合优势,实现了保障压型钢板钢-混凝土组合楼盖结构体系全寿命抗火性的技术创新。本课题通过抗火性能试验、数值模拟、参数分析和公式推导对耐火钢闭口压型钢板-混凝土组合梁的抗火性能进行了较为全面的研究,以此为基础提出了耐火钢闭口压型钢板-混凝土组合梁的温度场简化计算公式和抗火设计方法。本课题主要成果如下: .(1)利用有限元模拟软件ABAQUS进行高温下组合梁耐火性能的数值模拟建模,模拟了不同学者的15个组合梁的耐火性能试验过程,通过比对试验与计算结果,验证了有限元模型的准确性,在此基础上预测和设计了试件的耐火极限并计算了高荷载比试验的防火涂料厚度。.(2)完成了1个闭口压型钢板-混凝土组合梁的常温破坏试验、3个低荷载比和3个高荷载比耐火钢闭口压型钢板-混凝土组合梁抗火性能试验。试验结果表明,组合梁高温下的受力性能和耐火极限与温度场发展密切相关。耐火钢闭口压型钢板-混凝土组合梁的混凝土翼板与钢梁相比升温速度更缓慢,在结构形式与材料优势的共同作用下,具备更强的抗火性能。.(3)闭口式组合梁比相同条件下的开口式组合梁耐火极限有60%的提升。肋平行梁试件耐火极限相较肋垂直试件提升了15%~20%。肋垂直试件在设计阶段应考虑在肋顶处设计抗拉钢筋网提升自身抗火性能,充分发挥结构优势。.(4)本课题提出了耐火钢组合梁的抗火设计方法。提出了适用于闭口压型钢板-混凝土组合梁混凝土翼板的温度场简化计算公式,提出了针对耐火钢闭口压型钢板-混凝土组合梁的临界温度600℃保守抗火设计方法。.结合本课题研究成果已发表学术论文14篇,进行了12次国内学术交流和10人次国际会议,培养了3名博士研究生,其中1名博士研究生和1名博士后已完成学位论文和出站报告,组织编写CECS技术标准一部。
高性能耐火钢CFT框架柱抗火性能与设计方法研究
  • 批准号:
    52378163
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    石永久
  • 依托单位:
新型耐火耐候结构钢材钢结构力学性能基础理论研究
  • 批准号:
    51578313
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    石永久
  • 依托单位:
现代高性能钢结构体系的关键基础理论、体系创新与性能化设计方法
  • 批准号:
    51038006
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    240.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    石永久
  • 依托单位:
强震作用下高层钢结构损伤退化滞回性能和计算模型研究
  • 批准号:
    90815004
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    50.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    石永久
  • 依托单位:
国内基金
海外基金