中文名 | 火災(zāi)下不銹鋼結(jié)構(gòu)行為反應(yīng)與抗火設(shè)計理論研究 | 項目類別 | 面上項目 |
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項目負責(zé)人 | 范圣剛 | 依托單位 | 東南大學(xué) |
不銹鋼作為建筑結(jié)構(gòu)材料,具有造型美觀、耐腐蝕性好、易于維護和全生命周期成本低等優(yōu)點,因此其在建筑結(jié)構(gòu)中具有廣闊的適用性,采用不銹鋼作為建筑結(jié)構(gòu)材料是近年來土木工程的新趨勢,受到眾多建筑師和結(jié)構(gòu)工程師的青睞。鑒于不銹鋼材料自身抗火性能的羸弱,本項目立足于工程結(jié)構(gòu)抗火研究的前沿與熱點問題,以不銹鋼結(jié)構(gòu)為研究對象,對其抗火性能開展基礎(chǔ)性和前瞻性的研究?;诜€(wěn)態(tài)試驗方法和瞬態(tài)試驗方法,對S30408奧氏體不銹鋼材料開展了常溫下、高溫下和高溫冷卻后的力學(xué)性能試驗研究,獲取了高溫下不銹鋼材料的各項力學(xué)性能參數(shù);試驗結(jié)果表明:兩種試驗方法獲得的高溫下不銹鋼材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在一定差異;在溫度600℃內(nèi),差異不明顯;當(dāng)溫度超過600℃時,差異隨溫度升高而逐漸增大;研究分析了不銹鋼材料力學(xué)性能隨溫度變化規(guī)律,構(gòu)建了高溫下和高溫后不銹鋼材料力學(xué)性能本構(gòu)模型。對不同截面和不同條件下不銹鋼構(gòu)件(8根無約束軸壓與偏壓柱、6根矩形管和7根H形截面帶約束軸壓柱、7根矩形截面帶約束偏壓柱、6根兩端簡支梁以及4根不銹鋼組合梁)開展了火災(zāi)試驗,揭示火災(zāi)作用下構(gòu)件的行為反應(yīng)與破壞機理,給出了試驗試件的破壞現(xiàn)象、升溫曲線、變形曲線以及臨界溫度,重點考察了荷載比、約束剛度和截面參數(shù)等對不銹鋼構(gòu)件抗火性能的影響。基于試驗結(jié)果,通過程序模擬再現(xiàn)不銹鋼構(gòu)件火災(zāi)全過程;結(jié)合構(gòu)件熱邊界條件和材料熱工參數(shù),構(gòu)建了火災(zāi)下不銹鋼構(gòu)件內(nèi)部溫度分布模型;剖析構(gòu)件抗火性能的多種影響因素及相關(guān)性,建立了面向火災(zāi)全過程的不銹鋼構(gòu)件多參數(shù)化抗火計算模型,提出了不銹鋼構(gòu)件的抗火設(shè)計理論。開展了7根不銹鋼節(jié)點試驗研究,探討防止火災(zāi)下不銹鋼結(jié)構(gòu)破壞模式的控制措施,初步實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)火災(zāi)安全的綜合評價。項目研究成果對不銹鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計理論的凝練、設(shè)計建議與構(gòu)造措施的提出,及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定具有十分重要的社會價值和理論價值,且可填補我國不銹鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法的空白。 2100433B
結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下行為反應(yīng)本質(zhì)是溫度升高、能量轉(zhuǎn)移引起局部破壞與內(nèi)力重分布,并因此擴散蔓延最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主體破壞。不銹鋼是一種新型土木工程材料,鑒于其結(jié)構(gòu)抗火性能較為薄弱,本項目立足于工程結(jié)構(gòu)抗火研究的前沿與熱點問題,以不銹鋼結(jié)構(gòu)為研究對象,對其抗火性能開展基礎(chǔ)性和前瞻性的研究。通過試驗方法和數(shù)值分析,研究不銹鋼材料力學(xué)性能隨溫度變化規(guī)律,構(gòu)建高溫下/高溫后不銹鋼材料精細化力學(xué)性能統(tǒng)一模型;開展不銹鋼梁/柱火災(zāi)試驗,模擬構(gòu)件火災(zāi)全過程,揭示其火災(zāi)下行為反應(yīng)與破壞機理,根據(jù)位移/能量原則提出火災(zāi)下構(gòu)件失效判別準(zhǔn)則;剖析不銹鋼梁/柱抗火性能的多種影響因素及相關(guān)性,采用直接強度法,建立面向火災(zāi)全過程的不銹鋼梁/柱多參數(shù)化抗火計算模型;研究火災(zāi)下不銹鋼結(jié)構(gòu)破壞模式控制措施和安全評價方法,集成不銹鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計理論。研究成果對于揭示不銹鋼結(jié)構(gòu)抗火性能和制定相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的社會價值和理論價值。
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要么借鑒鋼結(jié)構(gòu)的子目,要么按實際噸數(shù)按市場價格計算
304的熱處理叫固溶。盡管他和淬火工藝相近,但原理不同,304不銹鋼相圖中常溫組織就是奧氏體,不會形成馬氏體,因此用淬火工藝卻不能得到淬火組織。希望我的回答可以幫到你,謝謝。
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評估了EC3中不銹鋼梁-柱節(jié)點發(fā)生或不發(fā)生側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲的設(shè)計準(zhǔn)則的準(zhǔn)確性和安全性。對焊接方式相同的H型鋼梁-柱節(jié)點進行了大量數(shù)值參數(shù)研究,以此為基礎(chǔ)進行評估。研究中考慮了殘余應(yīng)力、截面高厚比、彎矩圖形狀和不銹鋼等級的影響。提出了火災(zāi)下不銹鋼梁-柱節(jié)點的新設(shè)計方程,計算結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果進行對比,結(jié)果表明,新設(shè)計方程比EC3中設(shè)計方程更為安全。此外,對火災(zāi)時不銹鋼梁在梁端彎矩與橫向荷載共同作用下的側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲進行了研究。
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評分: 3
鋼結(jié)構(gòu)連接火災(zāi)行為的研究綜述——簡述了國內(nèi)外關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗火研究的方法、原則、概況,重點論述了鋼結(jié)構(gòu)連接的抗火研究現(xiàn)狀,并對今后的鋼結(jié)構(gòu)連接抗火研究提出了建議,以減輕鋼結(jié)構(gòu)建筑在火災(zāi)中的損壞,減少人們的生命財產(chǎn)損失。
鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計原理前言
眾所周知,火災(zāi)會嚴重威脅人們的生命財產(chǎn)安全,同時也會產(chǎn)生不良的社會影響,并對環(huán)境造成污染。在可能 發(fā)生的火災(zāi)中,建筑火災(zāi)的發(fā)生最為頻繁。火災(zāi)之所以對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害,實際上是由建筑結(jié)構(gòu)的功能屬性決定的?;馂?zāi)發(fā)生具有隨機性,面對火災(zāi),人類需掌握其災(zāi)變機理,深入研究建筑結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計原理,進行科學(xué)的抗火設(shè)計,從而使建筑結(jié)構(gòu)具備要求的"抗火"性能。?
組合結(jié)構(gòu)(Composite Structures)是目前在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較廣泛且發(fā)展較快的一種結(jié)構(gòu)形式,是由兩種或兩種以上結(jié)構(gòu)材料組合而成的結(jié)構(gòu)。作者有幸在我國土木工程建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展時期進行了一些組合結(jié)構(gòu)方面的研究工作。關(guān)于鋼管混凝土構(gòu)件方面的研究成果在《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》(科學(xué)出版社,2000年初版;2004年第一版;2007年第二版)中進行了論述;有關(guān)一些新型組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件、組合結(jié)構(gòu)節(jié)點和平面框架、混合剪力墻結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)體系等方面的研究成果則在《現(xiàn)代組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)》(2009年,科學(xué)出版社)中進行了闡述。本書主要論述作者在鋼?混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計原理方面取得的研究結(jié)果。?
建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的總體目標(biāo)可概括為最大限度地減少人員傷亡、降低財產(chǎn)的直接和間接損失、減輕對環(huán)境的污染和影響。以往,人們已在建筑結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計原理方面取得了不少成果,積累了不少工程實踐經(jīng)驗,但對鋼?混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計原理方面仍有不少問題需要繼續(xù)深入研究,有關(guān)設(shè)計規(guī)程也需要制訂、補充或完善。?
鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計原理的研究包括其耐火性能、抗火設(shè)計方法和防火保護措施等方面,其中耐火性能研究是確定抗火設(shè)計方法的前提,而如何根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的特點,"因地制宜"地采用適當(dāng)?shù)姆阑鸨Wo措施是最大限度地實現(xiàn)建筑投入經(jīng)濟性與結(jié)構(gòu)性能有效性統(tǒng)一的保證,是保證實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計目標(biāo)的基礎(chǔ)。?
掌握基本構(gòu)件的耐火性能是進行組合結(jié)構(gòu)體系抗火性能研究的基礎(chǔ)。本書第2章論述了型鋼混凝土構(gòu)件的耐火性能和抗火設(shè)計方法;第3章論述了中空夾層鋼管混凝土、不銹鋼管混凝土、FRP約束鋼管混凝土和鋼筋混凝土構(gòu)件的耐火性能;第4章中論述了火災(zāi)后鋼管混凝土構(gòu)件修復(fù)加固方面的研究成果。?
實際建筑結(jié)構(gòu)多為超靜定結(jié)構(gòu),因此火災(zāi)作用下單個構(gòu)件的破壞并不等同于整個建筑結(jié)構(gòu)的破壞。例如,在局部火災(zāi)下,即使某一構(gòu)件達到耐火極限,往往也不會因為單根構(gòu)件的失效而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)破壞;但節(jié)點的破壞卻使得整體建筑可能從結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C構(gòu),從而失去整體穩(wěn)定性而倒塌。在對火災(zāi)下結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)分析中,合理地模擬節(jié)點的工作機理往往是難點,也是關(guān)鍵點。本書第5章論述了型鋼混凝土柱?型鋼混凝土梁、鋼管混凝土柱?鋼筋混凝土梁連接節(jié)點的耐火性能;第6章論述了考慮升、降溫影響時鋼管混凝土柱?組合梁、型鋼混凝土柱?型鋼混凝土梁連接節(jié)點火災(zāi)后的力學(xué)性能;第7章則介紹了火災(zāi)后鋼管混凝土柱鋼梁連接節(jié)點的滯回性能。?
研究火災(zāi)下單層、單跨框架的力學(xué)性能是進行多層、多跨框架以及空間框架結(jié)構(gòu)體系耐火性能和性能化抗火設(shè)計的基礎(chǔ)。本書第8章論述了鋼管混凝土柱?鋼筋混凝土梁平面框架結(jié)構(gòu)耐火性能的研究結(jié)果。?
本書第9章對鋼?混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計原理研究的一些關(guān)鍵問題進行了探討和展望。
本書的研究工作先后得到國家杰出青年科學(xué)基金項目、國家自然科學(xué)基金重點項目、國家重大基礎(chǔ)研究計劃("973"計劃)項目、國家科技支撐計劃子課題、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金課題、公安部應(yīng)用創(chuàng)新計劃項目、清華大學(xué)"百名人才引進計劃"資助課題、清華大學(xué)自主科研計劃課題等的資助,特此致謝!?
本書第一作者的博士后和研究生們對本書所論述內(nèi)容做出了重要貢獻,如王衛(wèi)華、譚清華和鄭永乾進行了型鋼混凝土構(gòu)件耐火性能的研究(第2章);盧輝、廖飛宇、陶忠、楊有福、陳峰等進行了組合柱耐火性能的研究(第3章);陶忠、林曉康和陳峰進行了鋼管混凝土火災(zāi)后性能的研究(第4章);鄭永乾、王衛(wèi)華和譚清華進行了組合框架梁?柱節(jié)點耐火性能的研究(第5章);霍靜思和江瑩等進行了火災(zāi)后框架梁?柱節(jié)點力學(xué)性能的研究(第6章和第7章),王衛(wèi)華和王廣勇進行了組合框架結(jié)構(gòu)耐火性能的研究(第8章和第9章)等。作者在此謹向他(她)們致以誠摯的謝意!?
作者感謝公安部天津消防科學(xué)研究所、國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,亞熱帶建筑科學(xué)國家重點實驗室,澳大利亞Monash大學(xué)土木工程系結(jié)構(gòu)實驗中心等單位為進行與本書內(nèi)容有關(guān)的火災(zāi)試驗所給予的支持和幫助!?
組合結(jié)構(gòu)學(xué)科所包含的內(nèi)容廣泛,其抗火設(shè)計原理研究的內(nèi)容非常豐富。本書僅結(jié)合作者所熟悉的領(lǐng)域和取得的階段性研究結(jié)果進行論述,內(nèi)容遠非全面和系統(tǒng)。開展本書有關(guān)研究工作的目的:一則期望能解決一些具體的組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計原理研究方面的問題;二則期望能為有關(guān)領(lǐng)域研究工作的進一步深入開展提供參考。隨著課題組研究工作的不斷深入,作者期望能對本書內(nèi)容進行充實和完善。?
由于作者學(xué)識水平所限,書中難免存在不妥之處,作者懷著感激的心情期待讀者給予批評指正!??
于清華園
經(jīng)過三年的研究,取得下列研究成果:(1)系統(tǒng)研究總結(jié)了高溫下結(jié)構(gòu)鋼的材料特性和火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度計算方法;(2)提出了與我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范相適應(yīng)的鋼梁,軸壓和偏壓鋼柱的實用抗火計算與設(shè)計方法;(3)提出了局部火災(zāi)下上翼無側(cè)移鋼框架梁的極限狀態(tài),驗算方法;(4)進行了三相兩跨鋼框架模型的抗火試驗研究,了解了鋼框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的性能與變表、破壞特征;(5)提出了鋼框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)非線性反應(yīng)與抗火極限狀態(tài)分析理論。經(jīng)上海市科委組織專家鑒定,認為本項目成果達到國際先進水平,解決了高層建筑鋼結(jié)構(gòu)抗火計算與設(shè)計的理論問題,對提高我國高層鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的水平與可靠度具有重要意義。研究成果已被中國石油化學(xué)工業(yè)總公司采納與應(yīng)用。 2100433B
內(nèi)容簡介
本書系統(tǒng)地介紹了鋼結(jié)構(gòu)及鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的基礎(chǔ)知識、基本原理和實用方法,內(nèi)容包括:火災(zāi)危害及結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的目的與意義、建筑室內(nèi)火災(zāi)與升溫、建筑物耐火等級及結(jié)構(gòu)耐火極限、高溫下結(jié)構(gòu)鋼與混凝土的材料特性、結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的一般原則與方法、基于構(gòu)件試驗抗火設(shè)計方法、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及組合柱、組合梁與組合板實用抗火設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)性能化抗火設(shè)計方法、鋼框架結(jié)構(gòu)整體抗火性能計算方法和鋼結(jié)構(gòu)防火保護措施。本書著眼于工程應(yīng)用,有關(guān)主要章節(jié)配有計算示例,直觀地說明實際運用方法。本書可供從事建筑鋼結(jié)構(gòu)及鋼-混凝土結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)設(shè)計、研究和教學(xué)的人員參考,也可作為大學(xué)高年級學(xué)生和研究生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)抗火知識的參考書。2100433B