获奖项目名称:型钢混凝土及异形钢管混凝土结构抗火关键技术与应用

　　主要完成单位:山东建筑大学、中建八局第一建设有限公司、中交一公局第九工程有限公司、山东协和学院

　　主要完成人:王玉镯、张志铎、傅传国、程龙、徐天贵、宫献伟、吕晓、朱辉、梁晨、高英、刘子卿、刘泉、唐瑜、王常霖

　　二、项目背景 

　　火灾是高层建筑最易发且危害性最大的灾害之一，常常造成重大人员伤亡、巨额财产损失并引发严重社会影响。在火灾作用下，结构受热-力耦合效应明显，其响应机理与承载性能复杂，严重威胁安全。目前，钢-混凝土组合结构的抗火设计方法尚不成熟，对其在火灾中的行为反应与受力机理缺乏系统认识，尚未形成完整的分析计算理论与设计方法。

　　围绕上述迫切需求，团队采用理论分析、试验研究与数值模拟相结合的方法，并依托自主专利技术，开展了多尺度研究：系统考察了火灾下钢-混凝土组合结构的行为反应与破坏模式；通过数值仿真再现其火灾全过程受力性能；基于理论推演和机器学习等先进预测方法，建立了抗火计算理论及应用技术，最终形成三方面创新成果。

　　三、创新成果 

　　（1）常温下/高温下型钢与混凝土（活性粉末混凝土）粘结滑移机理与本构模型的推演。

　　揭示了高温下型钢与活性粉末混凝土之间的粘结滑移机理，建立了粘结滑移本构模型，实现了构件粘结退化与滑移响应的准确预测与数值模拟。

图1 试件粘结滑移本构模型

　　（2）钢-混凝土组合构件高温失效准则与应用及灾后剩余抗力计算理论的构建。

　　揭示了高温下及高温后异形钢管混凝土（活性粉末混凝土）构件的破坏机理，提出了高温下耐火极限计算公式和高温后剩余承载力计算公式，保障了结构耐火设计与加固修复方案的科学性与可操作性。

图2 耐火性能试验及剩余抗力理论模型

　　（3）基于机器学习的钢-混凝土结构耐火极限预测方法及关键应用技术的融合。

　　开发了型钢混凝土及异形钢管混凝土构件的耐火极限预测模型，提出了型钢混凝土及异形钢管混凝土构件耐火极限的预测方法，突破了构件耐火极限预测技术瓶颈。

图3 构件耐火极限预测方法

　　四、推广应用情况

　　本项目的研究成果已逐步应用于多个大型基础设施的实际工程中。以济南云鼎大厦为例，自2017年起，其主体采用的“钢筋混凝土核心筒+外框钢管混凝土框架”组合结构体系便融入了本项目的关键技术。在设计阶段，通过开展抗火性能模拟与优化，精确调整了防火保护层厚度，使防火材料用量降低了20%。同时，对钢管混凝土柱的设计进行优化，显著提升了其在高温条件下的承载能力，增幅达15%。上述结构优化措施不仅有效增强了建筑的整体抗火性能，也避免了材料的过度使用，从而降低了建设成本，圆满实现了该结构体系的抗火设计与消防设计目标。

图4 济南云鼎大厦项目