第七届全国防灾减灾工程学术会议

钢筋混凝土结构作为当前最为广泛应用的建筑结构形式，其构件与整体结构在高温作用下的耐火性能对结构安全具有重要的意义。耐火试验是评估结构耐火性能最直接、最可靠的手段。受限于耐火实验炉的空间尺寸，足尺原型构件和结构的耐火试验有时难以实施，缩尺模型试验就成为了重要的替代方案。传统的缩尺模型耐火试验基于完全相似理论，要求模型与原型在温度场上保持严格相似性。然而，这一要求会使模型的升温速率远高于原型，甚至超出实验设备的加热能力，从而制约了试验的实际可行性。为解决上述问题，本研究提出了混凝土构件耐火试验的畸变相似理论及基于畸变相似理论的钢筋混凝土构件缩尺模型耐火试验方法，降低模型耐火试验所需的升温速率，使得试验得以在现有实验设备能力范围内顺利开展；针对高温作用下混凝土缩尺模型可能存在的尺寸效应问题，开展了81个不同尺寸混凝土试件的高温下受压试验，并通过细观有限元模型进行了参数分析；基于试验和细观有限元分析结果，探讨了混凝土材料在高温条件下的尺寸效应，提出了考虑尺寸效应影响的混凝土高温受压本构关系，揭示了尺寸效应对畸变相似关系的影响。通过6根不同几何尺寸比的钢筋混凝土柱明火试验和有限元参数分析，提出了不同受火方式（两面、三面、四面）钢筋混凝土柱受火时间（耐火极限）畸变相似关系，比较了模型和原型柱在此相似关系下的温度场演化、变形发展和高温承载力变化的相似性，揭示了温度场不相似但变形和实时荷载比变化相似的原因。对2根钢筋混凝土原型柱开展了不同升温曲线下的明火试验，基于文献中1根模型柱的试验结果对比了基于完全相似理论和畸变相似理论预测原型柱响应的效果差异，并结合有限元参数分析结果，揭示了升温曲线对钢筋混凝土柱耐火极限畸变相似关系的影响，提出了考虑尺寸及升温速率影响的修正等能量法用于等效曝火时间的计算，进而发展出了缩尺模型耐火试验的升温曲线选择策略及相应的原型耐火极限预测方法。最后，基于理论推导，考察了模型耐火试验的误差来源及其对原型耐火极限预测精度的影响，探讨了不同初始偏心率、混凝土类型、矩形截面长宽比等对钢筋混凝土柱耐火极限畸变相似关系的影响，提出了基于畸变相似理论的缩尺模型明火试验方法，为由钢筋混凝土缩尺模型柱耐火试验结果预测原型柱耐火性能提供了依据。

钢筋混凝土柱；耐火试验；畸变相似；尺寸效应；耐火极限