基于TVCC大樓火災(zāi)超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估研究.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強(qiáng)度高、占用面積小、抗震性能優(yōu)越、建筑施工周期短等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛的應(yīng)用于超高層建筑中。然而，鋼材耐火性差，其力學(xué)性能對(duì)高溫較為敏感，一旦發(fā)生火災(zāi)，結(jié)構(gòu)承載能力在較短的時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到極限強(qiáng)度而發(fā)生破壞，甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌。近些年來(lái)，超高層建筑火災(zāi)事故呈現(xiàn)出多發(fā)性的特點(diǎn)，雖然大多數(shù)火災(zāi)并未造成建筑倒塌，但由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受了不同程度的損傷，進(jìn)而影響到整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的工作性能。因此，開(kāi)展高層建筑物特別是對(duì)其鋼結(jié)構(gòu)部

2、分火災(zāi)損傷評(píng)估研究，對(duì)指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固及抗火設(shè)計(jì)具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
　　本文以TVCC火災(zāi)案例為背景，選取TVCC主樓外部鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、屋頂鋼桁架及鋼梁和壓型鋼板組合樓板結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研檢測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法分別對(duì)兩類不同的鋼結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了損傷評(píng)估研究，建立了鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)評(píng)估的系統(tǒng)研究方法。主要成果有：
　?。?）鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)后損傷評(píng)級(jí)研究。針對(duì)TVCC外部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，開(kāi)展了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、

3、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、鋼材及連接節(jié)點(diǎn)過(guò)火后力學(xué)性能試驗(yàn)、典型損傷支座預(yù)埋節(jié)點(diǎn)過(guò)火力學(xué)性能試驗(yàn)，在了解和掌握網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件材料、連接節(jié)點(diǎn)、支座過(guò)火后力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其構(gòu)件進(jìn)行了損傷評(píng)級(jí)。
　?。?）鋼材及連接節(jié)點(diǎn)過(guò)火后力學(xué)性能試驗(yàn)研究。對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用的Q345B鋼材和角焊縫，試驗(yàn)研究了初始荷載對(duì)鋼材火災(zāi)后強(qiáng)度的影響，以及火災(zāi)對(duì)鋼材性能及角焊縫強(qiáng)度的劣化程度。對(duì)桁架結(jié)構(gòu)采用的對(duì)接焊縫和高強(qiáng)螺栓，試驗(yàn)研究了對(duì)接焊

4、縫過(guò)火后強(qiáng)度的損傷情況，以及火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓的滑移系數(shù)及強(qiáng)度損傷情況。
　?。?）網(wǎng)架支座預(yù)埋節(jié)點(diǎn)過(guò)火試驗(yàn)研究。對(duì)火災(zāi)后受損較重的典型網(wǎng)架支座預(yù)埋節(jié)點(diǎn)，制作了縮尺錨筋預(yù)埋試件，對(duì)其進(jìn)行了升、降溫全過(guò)程的火災(zāi)試驗(yàn)，以及相應(yīng)火災(zāi)后錨筋預(yù)埋試件的拉拔、推壓力學(xué)性能試驗(yàn)。研究了過(guò)火后試件極限承載力的損失情況以及破壞的模態(tài)。
　?。?）鋼吊柱節(jié)點(diǎn)過(guò)火試驗(yàn)研究。對(duì)火災(zāi)后TVCC主樓屋頂鋼桁架組合結(jié)構(gòu)的鋼吊柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了過(guò)火試驗(yàn)和靜力加載試驗(yàn)

5、研究，分析了火災(zāi)后鋼吊柱不同位置節(jié)點(diǎn)的溫度變化規(guī)律、火災(zāi)后節(jié)點(diǎn)的承載力變化規(guī)律以及火災(zāi)后鋼吊柱的變形規(guī)律。
　?。?）鋼桁架抗火性能數(shù)值模擬研究。根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)桁架結(jié)構(gòu)損傷的調(diào)查情況，對(duì) TVCC主樓屋頂?shù)匿撹旒艿湫徒Y(jié)構(gòu)構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析，并建立了桁架整體結(jié)構(gòu)的有限元模型，對(duì)其進(jìn)行了溫度—荷載耦合計(jì)算分析，研究了火災(zāi)對(duì)桁架結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力分布和變形的影響，并與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的構(gòu)件撓度進(jìn)行了對(duì)比分析，并分析研究了防火涂層變化對(duì)

6、構(gòu)件溫度場(chǎng)的影響。
　?。?）鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷評(píng)估體系研究。通過(guò)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、桁架連接節(jié)點(diǎn)過(guò)火力學(xué)性能試驗(yàn)、鋼吊柱節(jié)點(diǎn)過(guò)火力學(xué)性能試驗(yàn)、桁架典型構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)火災(zāi)溫度場(chǎng)模擬、桁架結(jié)構(gòu)整體火災(zāi)過(guò)程溫度—荷載耦合有限元分析，較為全面、科學(xué)、系統(tǒng)地掌握了TVCC鋼桁架結(jié)構(gòu)鋼材、連接節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)整體火災(zāi)后的狀況，為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的火災(zāi)損傷評(píng)估提供了可靠的依據(jù)，進(jìn)而建立了一套綜合的鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷評(píng)估體系，為今后該類鋼結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估研究具