火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)受力性能研究現(xiàn)狀分析

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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

當(dāng)前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)建筑物的使用功能要求日漸提高。因此，現(xiàn)在的建筑設(shè)計(jì)進(jìn)入了設(shè)計(jì)體型越來越復(fù)雜、功能越來越多樣的時(shí)代。我們周邊的高層及超高層建筑逐漸增多，各種大跨度、重載結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)出來。預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)由于其剛度大、承載力高、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，主要在重載結(jié)構(gòu)、大跨和高層及超高層建筑的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中應(yīng)用，因此保證這些關(guān)鍵部位重要構(gòu)件的安全以及增強(qiáng)其抵御災(zāi)害的能力，對(duì)于提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的可靠性至關(guān)重要。

為提高預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的受力性能，減輕火災(zāi)造成的損失，本文對(duì)當(dāng)前我國預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能研究進(jìn)行了簡要?dú)w納和評(píng)述，以方便預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)工程中選用。

1 預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是結(jié)合了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)點(diǎn)的一種新型組合結(jié)構(gòu)體系。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在普通混凝土構(gòu)件中配置了型鋼，提高了結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度。同時(shí)與純鋼結(jié)構(gòu)建筑相比，還節(jié)省了大量鋼材，降低了造價(jià)。但是，隨著結(jié)構(gòu)跨度的增加或者荷載的加大，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性就會(huì)受到限制，例如正常使用極限狀態(tài)的限制(如裂縫控制條件)會(huì)超出規(guī)范要求。為了改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件在正常使用階段的工作性能，特在型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中引入了預(yù)應(yīng)力技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是可以有效地改善結(jié)構(gòu)使用階段的性能(如控制裂縫和消除結(jié)構(gòu)撓度等)[1]。因此形成了一種新型組合結(jié)構(gòu)——預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。目前，該組合結(jié)構(gòu)在不少的工程中已有應(yīng)用，如山西晉中市榆次文化中心大跨結(jié)構(gòu)、山東世界貿(mào)易中心疊層空腹桁架大跨度轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、南京金山大廈大跨度轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以及濟(jì)南第十一屆全運(yùn)會(huì)綜合訓(xùn)練館大跨度結(jié)構(gòu)等，都成功采用了預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)[2]。由此可見，預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在今后的大跨、重載結(jié)構(gòu)以及高層或超高層結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層有很好的應(yīng)用前景。

2 火災(zāi)的危害

在各種自然災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍的威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)的發(fā)生對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)穩(wěn)定都造成了巨大的危害。根據(jù)聯(lián)合國“世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心”(WFSC)近年來的統(tǒng)計(jì)，全世界每年大約發(fā)生600多萬起火災(zāi)，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約有6.5萬～7.5萬人[3]。在各種火災(zāi)事故中，建筑火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量最多，造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡在所有火災(zāi)事故中所占的比例也最大。至今，國內(nèi)外建筑火災(zāi)給人類帶來的巨大災(zāi)難和慘痛教訓(xùn)不勝枚舉。2001年，美國“911恐怖襲擊事件”中，紐約世界貿(mào)易中心的兩幢摩天大樓在遭到飛機(jī)的猛烈撞擊后倒塌，造成大樓內(nèi)2 600余人死亡。事后權(quán)威部門調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大樓的整體倒塌不是因?yàn)轱w機(jī)的撞擊和爆炸造成的，而是由于爆炸引發(fā)的大火造成[3]。2009年2月9日，央視主體大樓北側(cè)的配樓“北京文化東方酒店”發(fā)生特大火災(zāi)，該酒店建筑高約130 m，東、南兩面著火，火勢(shì)有80～100 m高，大火持續(xù)6 h，造成直接經(jīng)濟(jì)損失16 383萬元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年的火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)總值的0.2%，火災(zāi)的間接損失更是直接損失的3倍左右。

火災(zāi)對(duì)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土組合構(gòu)件的受力性能影響極大，構(gòu)件截面溫度梯度的作用可能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和變形。在火災(zāi)作用下，組合構(gòu)件的材料強(qiáng)度和彈性模量降低，改變了原有結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)，降低了結(jié)構(gòu)的承載能力。因此，開展預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土組合構(gòu)件抗火性能的研究，對(duì)于提高此類工程的耐火性能尤為重要。

3 火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)受力性能研究現(xiàn)狀

人們?cè)谝庾R(shí)到火災(zāi)對(duì)人類生命和財(cái)產(chǎn)造成的危害后，便開始重視建筑結(jié)構(gòu)的耐火性能研究，世界上許多國家建立了結(jié)構(gòu)耐火性能研究中心。例如，英國建成了目前世界上最先進(jìn)的建筑火災(zāi)實(shí)驗(yàn)室，可以對(duì)高達(dá)10層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行足尺耐火性能試驗(yàn)。我國對(duì)建筑結(jié)構(gòu)耐火性能的研究雖然起步較晚，但目前已經(jīng)取得了一定的研究成果。本文對(duì)火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的研究成果進(jìn)行了歸納(見表1)，分析了目前研究的主要內(nèi)容及方向，匯總了初步的研究結(jié)果。

表1 國內(nèi)對(duì)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能的研究

從表1可見，關(guān)于預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后的受力性能研究，大多數(shù)從簡支梁、單根柱或普通板等各個(gè)簡單的構(gòu)件入手研究其火災(zāi)后的受力性能，采用的研究方法大部分是通過試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)而推導(dǎo)出相應(yīng)的計(jì)算公式，或者直接采用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。但是，在實(shí)際結(jié)構(gòu)遭遇火災(zāi)情況時(shí)，遠(yuǎn)非一根梁或一根柱在簡單地抵抗火災(zāi)作用，而是整個(gè)結(jié)構(gòu)在抵抗，此時(shí)結(jié)構(gòu)的整體受力性能是比較復(fù)雜的。為了提高整體結(jié)構(gòu)的耐火性能，有必要在當(dāng)前研究的基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)語

對(duì)于火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究尚處于初級(jí)階段，大部分研究者是針對(duì)災(zāi)后某個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能的研究。結(jié)論的獲取大部分是通過試驗(yàn)或者數(shù)值模擬而來，但是實(shí)際災(zāi)害發(fā)生后的情況遠(yuǎn)非如此簡單，因此今后應(yīng)在此基礎(chǔ)上對(duì)整體結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后的受力性能及結(jié)構(gòu)災(zāi)后的損傷定位情況進(jìn)行深入研究。如果能得到對(duì)今后預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義的結(jié)論，則為該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了更廣闊的應(yīng)用前景。

另外，火災(zāi)的發(fā)生在多數(shù)情況下是地震或者碰撞、爆炸后產(chǎn)生的次生災(zāi)害，造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的真正原因正是由次生災(zāi)害引發(fā)的。因此，今后還應(yīng)研究預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在先發(fā)生地震或者撞擊、爆炸后發(fā)生火災(zāi)的情況下的受力性能，為預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的運(yùn)用提供參考，這具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于德帥.預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能試驗(yàn)研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2011.

[2] 商圣強(qiáng).火災(zāi)作用下預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁承載性能試驗(yàn)研究與理論分析[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2012.

[3] 韓建.預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁火災(zāi)后的力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2011.

Abstract：This paper states the features of pretensioning-type steel reinforced concrete structure system，then the author summarizes and analyses the research achievement of pretensioning-type steel reinforced concrete structure loaded property after fire.This article presents suggestions for future research direction.

Key words：steel reinforced concrete；pretensioning；fire resistance