鋼筋混凝土框架結構火災試驗的相似理論數值模擬驗證

李綺玉，張海燕

（華南理工大學亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，廣州 510640）

相似理論是指導結構模型試驗的基礎理論，已廣泛應用于結構靜力試驗、抗震試驗和風洞試驗等［1-2］，但是在結構火災試驗中卻鮮有應用.目前，結構火災試驗主要針對獨立的單根足尺構件，無法體現實際火災中結構構件之間的相互作用以及結構整體的耐火性能.由于耐火實驗爐的尺寸限制，要將結構抗火領域的研究從構件層次向結構層次推進，開展縮尺模型試驗是必經之路，而相似理論是由模型試驗結果預測原型性能的依據.

早在1954年，McGuire［3］就對不同比例試件間的熱傳導關系進行了探究，他認為原型和模型在相對應位置達到相同溫度所需時間與幾何比例平方成正比（即tm=s2tp，s為模型尺寸與原型尺寸之比，t為受火時間，下標p和m分別表示原型和模型）.1975年，McGuire［4］根據以往的試驗和分析結果，將時間相似關系由幾何比例平方改成1.6次方（s1.6）.與McGuire早期的研究結論相似，Ng等［5］在1990年運用量綱分析法亦推導得到原型與模型在相對應位置達到相同溫度（溫度場相似）所需的時間成幾何比例平方關系（s2），并通過開展1/2.23比例和1/3比例的鋼筋混凝土模型柱的明火試驗進行驗證，但遺憾的是1/3比例柱的爐溫控制難以實現相似條件，導致試驗結果不佳.之后，O’connor等［6-9］開展了關于縮尺模型明火試驗方法的研究，并提出三種確定模型試驗升溫曲線的方法，即熱輻射模型、熱對流模型及混合模型.基于O’connor的理……