[01109017]建筑结构抗火试验技术及应用

本项目属于土木建筑技术领域,主要应用于开展各类建筑结构构件的火灾试验,获取建筑构件在火灾作用下的各种力学性能指标。 随着高层建筑和大体量建筑的增多,建筑火灾频繁发生,对人们的生命和财产造成巨大威胁。为了减小火灾时建筑结构倒塌造成的生命伤亡,必须研究清楚建筑结构、构件或构件连接部分在高温下的抗火性能和破坏机理,并在进行建筑结构设计时考虑这些因素,使建筑结构本身具有较强的抗火能力。因此,为顺利开展各类建筑构件的火灾试验,本项目在国家自然科学基金等项目的支持下,系统地研究了各类构件直至整体结构的火灾试验炉调试、试件安装、加载装置、变形和温度测量装置、数据采集系统等,形成了成套技术,取得了如下创新性成果： （1） 混凝土墙、柱、框架节点的抗火试验技术 根据建筑结构中竖向受力构件的承载特点,研制了用于约束柱的抗火试验装置（专利号：ZL 2008 2 0211572.4）和墙、柱、框架节点的通用抗火试验装置（专利号：ZL2008 1 0209576.3）,主要包括炉体设置、边界约束的实现方法、加载装置和变形测量装置等。约束柱抗火试验装置,通过在柱两端连接不同的支座形式,可以研究端部受到不同约束的柱子在火灾中的抗火性能和破坏形式,并能测量柱子在火灾中的膨胀变形量和膨胀力。为提高试验炉的通用性,节省建造成本,结合墙、柱和框架节点的受力特点,研制出能方便的应用于墙、柱和框架节点的抗火试验装置,该装置能统筹实现不同竖向受力构件的加载以及变形测量等目的,提高了使用效率。 （2） 混凝土梁、板的抗火试验技术 结合建筑结构中梁、板的受力特点,研制出能应用于具有不同约束边界梁的抗火试验装置（专利号：ZL2008 1 0209546.2）和混凝土多跨连续梁或板的抗火试验装置（专利号：ZL2008 1 0209574.4）,以及分别适用于周支承和柱支承的钢筋混凝土双向板的抗火试验装置及实现方法（专利号：ZL200910071339.X、ZL 200910071341.7）。这一系列专利技术中,主要解决了梁或板端部多种约束边界条件的实现方法、炉子的布置和构造要求以及相应的加载等关键技术,足以用于指导建筑结构中各类梁、板构件的结构抗火试验。 （3） 框架结构的抗火试验技术 框架结构自身的受力性能和形式特点不同于单个的梁、柱等构件,因此为满足该类结构的抗火试验需求,研制出分别适用于单层框架和双层双跨框架结构的抗火试验装置（专利号：ZL2008 2 0211607.4、ZL2009 2 0099025.6）。该技术主要解决了框架结构的加载实现方法、节约型炉体的砌筑方式以及多室工况下燃烧空间的组合情况等关键技术。 （4） 整体结构的抗火试验技术 整体结构的抗火试验与单个构件的抗火试验有所不同,主要表现在所需试件的总体尺寸较大和受火较为复杂等特点。为此,本项目开发了整体建筑结构抗火试验方法及其装置（专利号：ZL2009 1 0071370.3）,主要的技术要点为：（a）将建筑物内设计使用荷载如何进行当量加载物的换算办法;（b）可移动式的拼装炉体的构成及其实现办法;（c）与试验目的相适应的控制采集系统。除上述专利外,利用现已成熟的振动和声发射技术,开发了应用于建筑结构倒塌预警的专利技术及装置（专利号：ZL2008 1 0064762.2、ZL2008 2 0090234.X）。 （5） 火灾试验炉运营的关键技术 在建筑结构的抗火试验装置中,火灾试验炉是整个装置的核心部件,它的正常运转可以保证所施加的火荷载的准确性及炉膛内压力的稳定性。为实现以上目的,本项目开发了多款仪表用于各种管道的流量、压力的控制和校验,如开闭循环流量计校验装置（专利号：ZL2012 2 0738687.5）、开闭循环稳压装置（专利号：ZL 201220738611.2）和斯达特管道巡检维护系统（软件著作权,登记号：2012SR115857）等。 本项目共授权发明专利和实用新型专利15项,软件著作权1项,发表学术论文15篇。 近年来,利用本项目的研究成果,建造了青岛理工大学火灾试验系统、山东建筑大学火灾试验系统、哈尔滨工业大学结构抗火试验系统和苏州科技学院组合式多功能火灾试验炉等试验平台,极大地促进了相关单位的试验研究工作的顺利开展,为完成国家级和省部级的科研课题发挥了巨大作用,取得了较好的经济效益和社会效益。