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获奖项目名称
不锈钢结构多尺度抗火设计理论及应用技术研究
主要完成单位
东南大学、上海宝冶集团有限公司、山东大学、上海东阁实业集团有限公司、中铁上海设计院集团有限公司、福建青拓特钢技术研究有限公司、上海通正铝结构建设科技有限公司、上海宝冶集团南京建筑有限公司
主要完成人
范圣刚、孙力、舒赣平、郑宝锋、王培军、蒋婷、高辉、颜阳、石显云、欧阳元文、徐天贵、张家和、梁顿、陈天诚、吴谊文
一
项目背景
随着我国经济快速发展和城镇化建设的推进，火灾频发，常常造成重大人员伤亡和经济损失。新型材料结构（如不锈钢等）因外观效果好，通常不采取防火措施，因此需特别重视其抗火设计。然而，目前国内外对不锈钢结构抗火设计方法的研究尚不成熟，缺乏全面系统的理论与方法。欧美国家虽有少量设计指南，但我国尚未能结合自己的国情，对不锈钢结构抗火设计提出适用的方法。鉴于此，本项目在国家和省部级基金资助下，开展了不锈钢材料高温力学性能及构件、节点、结构整体抗火性能的多尺度研究，形成了一套不锈钢结构抗火设计理论，为今后不锈钢结构的抗火设计提供基础并推广应用于实际工程。
二
创新成果
基于多尺度方法高温下/高温后不锈钢材料力学性能劣化机理的剖析及精细化本构模型的推演
揭示了高温下/高温后不锈钢力学性能的退化规律和力学性能指标折减系数，推演出不锈钢精细化本构模型。
不锈钢梁/柱构件与节点高温失效模式判别准则及抗火设计理论的构建
大规模地开展了火灾下不锈钢梁/柱构件、不锈钢与混凝土组合梁构件及不锈钢相贯节点的试验研究，剖析了高温下不锈钢构件及节点的行为反应与失效模式，创新性地建立了一套不锈钢构件与节点的抗火设计理论。
图1 火灾试验后组合梁试件
大空间不锈钢结构抗火设计方法及关键应用技术的融合
基于试验研究、理论方法和数值模拟等手段，以大空间不锈钢结构为对象，对其内部温度场、受力性能、破坏模式和抗火性能开展了真实火灾试验与仿真数值模拟分析，建立了大空间不锈钢结构抗火设计方法，并成功将相关研究成果应用到典型工程实际案例中，融合和凝聚出大空间不锈钢结构抗火设计的关键应用技术和设计建议。
图2 大型不锈钢伞状支撑结构实体火灾试验
三
推广应用
本项目的研究成果已逐步在一些大型基础设施的实际项目中应用。例如，江苏园博园未来花园，此不锈钢结构规模体量较大，在国内外同领域中尚属典型，国内乃至世界范围内均无类似案例。结构技术主要涉及结构设计、制造加工和现场施工多个领域，材料成型、结构力学、腐蚀防护等多个学科，尤其是此伞状不锈钢结构由于建筑功能要求，结构表面未采用防火措施，此结构的抗火设计和消防措施成为本项目的设计难点。为此，本项目的部分研究成果成功应用至江苏园博园未来花园不锈钢结构项目中，完美地解决本工程不锈钢结构的抗火设计和消防设计。
图3 江苏园博园未来花园项目