国家自然科学基金（青年基金）:考虑钢管初应力影响的钢管混凝土柱抗火性能研究；项目编号：51508425, 2016-2018. 项目负责人:余敏

一、项目简介：

        由于钢管混凝土结构特殊的施工模式以及管内混凝土的收缩徐变，使得实际结构中钢管和混凝土的应力状态和常规成型后再受力的情况存在显著差异，这种差异在很大层度上可简化为钢管初应力问题。同时结构全寿命周期设计的发展要求，考虑施工过程和结构老化影响的抗火设计将很有必要。因此，本项目采用试验研究、数值计算和理论分析相结合的方法，对考虑施工过程影响的具有初应力的钢管混凝土柱抗火性能进行系统地研究，解决现有防火设计方法尚未考虑而又亟待解决的初应力问题，对钢管混凝土结构全寿命周期设计和安全使用具有重要意义。项目的总体研究思路如下：

图1 总体研究思路

二、突出的研究进展和创新性的研究成果：

    为揭示钢管初应力产生的机制及其对构件力学性能的影响规律，设计了一种自平衡加载装置，并对早龄期钢管混凝土进行了多级加载变形及其对承载力影响的试验研究，在此基础上编制了考虑早龄期徐变影响的钢管混凝土徐变变形程序，并提出了等效初应力的计算方法。相关成果发表在建筑结构学报（2017, 2018），并获批发明专利1项。

首次完成了具有钢管初应力的钢管混凝土耐火试验，得到了不同荷载比下钢管初应力对钢管混凝土的温度场、破坏模式和耐火极限等第一手试验数据。在此基础上，采用“冗余单元”的方法建立了可模拟具有初应力的钢管混凝土耐火计算有限元模型，并进行了试验验证和参数研究，揭示了钢管初应力对钢管混凝土长短柱耐火性能的影响机理和规律。相关成果发表会议论文1篇、授权发明专利1项，另一篇关于耐火试验的论文已投JCSR。

在前期轴压耐火承载力计算方法的基础上，进一步提出了基于温度均匀化理论的钢管混凝土纯弯及压弯下常高温统一的承载力计算公式，并结合上述有初应力的钢管混凝土耐火试验和数值结果，最终给出了考虑钢管初应力影响的钢管混凝土耐火承载力计算方法。相关成果发表在J CONSTR STEEL RES（2018a, 2018b）上，另一篇关于理论的论文也已投JCSR。

 a) 早龄期钢管混凝土多级加载试验                  b)具有初应力的钢管混凝土构件制作

       c）耐火试验过程及破坏形态                  d) 有初应力的钢管混凝土耐火有限元模型

 e）初应力对火灾下构件稳定系数的影响             f）常高温统一的压弯相关方程

图2 部分成果照片

三、部分研究成果及报告：

1. Min Yu, Tan Wang, Weijun Huang, Huanxin Yuan, Jianqiao Ye*. Fire resistance of concrete-filled steel tube columns with preload. Part I: Experimental Investigation.Composite Structures,2019,223:110994(SCI)

2. Min Yu, Tan Wang, Weijun Huang, Jianqiao Ye*. Fire resistance of concrete-filled steel tube columns with preload. Part II: Numerical and Analytical Investigation.Composite Structures, 2019,223:110995(SCI)

3. Min Yu, Haoming Xu, Jianqiao Ye*, Yin Chi. A Unified Interaction Equation for Strength and Global Stability of Solid and Hollow Concrete-Filled Steel Tube Columns under Room and Elevated Temperatures. Journal of Constructional Steel Research, 2018, 148: 304-313. (SCI)
   

4. Min Yu, Xiaoyan Pei, Lihua Xu, Jianqiao Ye*. A Unified Formula for Calculating Bending Capacity of Solid and Hollow Concrete-Filled Steel Tubes Under Normal and Elevated Temperature. Journal of Constructional Steel Research, 2018, 141: 216-225.(SCI)

5. 余敏, 童栋华, 池寅*, 叶建乔, 杜新喜. 截面形状对早龄期钢管混凝土柱多级加载变形及承载力影响的试验研究. 建筑结构学报, 2018, 39(8): 148-156. (EI)

6. 童栋华, 余敏*, 鲍浩, 叶建乔. 多级加载对圆形钢管混凝土短柱轴压性能影响试验研究. 建筑结构学报, 2017, 38(S1): 241-248. (EI)

7. 余敏. 考虑钢管初应力影响的钢管混凝土柱抗火性能研究, 国家自然科学基金委第一届土木工程青年论坛学术交流研讨会会议. 长沙, 2018.11.9，大会报告

8. 余敏*, 黄伟军, 裴晓艳, 叶建乔. 钢管初应力对钢管混凝土柱耐火性能影响的有限元分析, 第九届全国结构抗火技术研讨会论文集, 429-437, 兰州, 2017.10.12~14，大会报告

9. 余敏，鲍浩，叶建乔. 一种内部开合式高温电热炉及加热方法，授权时间：2017.04.12，中国，发明专利号：ZL201510850895.2

10. 余敏，鲍浩，李书磊，叶建乔. 批量钢管混凝土自平衡加载装置，授权时间：2017.08.25，中国，发明专利号：ZL201510678676.0