本文是一篇土木工程论文，本文的结论主要包括：（1）开展了 5 个设置防火涂料层的方钢管混凝土双柱试件的拟静力试验，为后续明火试验提供了经历不同程度地震损伤的试件。（2）拉压面防火涂料的裂缝总长度总体上明显大于非拉压面，随着层间位移角和竖向荷载比的增大，防火涂料的裂缝总长度相应增加。拉压面防火涂料的表层剥落面积明显大于非拉压面，层间位移角为 1/33 时，柱端局部区域剥落严重，致钢管裸露。（3）随着层间位移角和荷载比的增加，柱的残余变形不同程度增大；但荷载比为0.4 时，层间位移角从 1/100 增至 1/33，柱的水平变形恢复量（即最大变形与残余变形之差）变化有限；最大变形相同时，柱的水平变形恢复量随荷载比增大逐渐减小。
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
地震是一种常见的自然灾害，轻微的地震可能并不会影响人们正常的工作、生活，但一次强烈的地震有可能导致建筑结构产生严重的破坏甚至整体倒塌。从而造成较大的财产损失和人员伤亡，地震除了会对建筑结构直接造成破坏以外，还会引起一系列的次生灾害，比如火灾、海啸、泥石流、瘟疫等，造成建筑结构的进一步损伤。
震后火灾是建筑物经历过地震破坏后可能遭遇的一种极其危险的次生灾害，其对人身安全的威胁和造成的财产损失甚至可能超过地震直接造成的损失。燃气泄露、电网短路、不稳定化学药品爆炸等安全隐患的存在，使得火灾成为极易发生的地震次生灾害。 自公元 133 年，我国历史史料就有记载洛阳发生地震与次生火灾。随后多年都不时有地震伴随次生火灾发生。而在世界各地，次生火灾同样威胁着人们的生民安全与财产安全。1923 年的日本关东地震，有 131 处同时起火，造成 44.7 万栋住宅被烧毁[1]。1906 年，在美国旧金山地震次生火灾多达 50 起，而 1971 年在 San Fernando 发生的地震次生火灾多达 109 起[2]。 国内在 90 年代初期，云南永胜就发生了一起由于地震导致化学药品晃倒在地诱发的爆炸起火[3]。
我国是地震灾害频发的国家。随着我国经济不断发展，城镇居民生活质量不断上升，城市市政工程中铺设的天然气、煤气、电缆等管线也越来越密集，在地震中这些管线易受到破坏从而引起火灾，同时建筑装修材料、家电设备、家具升级和增加也加大了建筑物内的可燃易燃物数量。为减小震后火灾带来的重大损失,不仅要在震前做好城市地震火灾的预防措施，还要保证地震后结构的耐火性能，防止高温下结构承载力大幅降低导致结构坍塌，造成不必要的人员伤亡。所以对震损结构构件开展耐火性能的研究具有重要意义。
近年来组合结构在高层建筑和超高层建筑中得到了越来越广泛的应用。本文以工程中常见的方钢管混凝土柱为研究对象，考察其在经历了不同程度的地震损伤后的耐火性能，从而为地震设防区该类结构的抗火设计提供参考。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 地震次生火灾模型
地震次生火灾相比较于普通火灾而言具有更复杂的特点。地震次生火灾的成灾通常受到多个因素的影响，例如结构类型、建筑材料、建造年代、建筑防火设计、消防系统设计、风向风速等等。次生火灾常发生在秩序混乱时期，人们救灾与自救的难度加大。震区可能同时发生多起火灾，并且会在相邻区域蔓延，主被动消防设施与供水系统很有可能在地震后受到破坏退出工作，使得控制与扑灭火灾的难度加大，难以及时施救。为考虑地震次生火灾起火过程中各种引火隐患以及火灾蔓延过程中气象条件、阻火单元的影响，许多学者采用数值模拟的方法对次生火灾机制进行研究。目前的研究围绕地震次生火灾的起火模型与蔓延模型展开。
（1）地震次生火灾起火模型
日本学者 Kobayashi[4]根据关东地震的火灾数据，提出了震后火灾起火率与房屋倒塌率之间的正相关性回归公式。美国学者 Trifunac[5]等对洛杉矶与旧金山两市的地震火灾进行了统计与回归分析，得到起火率分别与岩土应变、房屋倒塌率、地震烈度与地面速度峰值四个参数的关系。Scawthore[6, 7]等将 20 世纪美国地震次生火灾起火资料进行收集整理，建立了起火率与地震烈度之间的回归关系，并在美国紧急事务管理局HAZUS[8]系统中使用。我国对于次生火灾起火模型的研究开始于二十世纪末，李杰[9,10]基于 GIS 开发平台根据地震次生火灾的离散性与随机性的特点，按照时间域与空间域分离的原则与贝叶斯估计原理，提出次生火灾动态危险性分析与预估模型，实现了灾害数据与城市基础性数据的计算机存储与管理。
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第二章 设置厚型防火涂料的方钢管混凝土柱的抗震性能试验
2.1 引言
地震作用下方钢管混凝土柱自身会出现一定程度的损伤，设置在其表面的防火涂料层也会产生裂缝和局部剥落，二者共同影响方钢管混凝土柱在地震后抵抗火灾的能力。为研究柱自身损伤以及防火涂层损伤对方钢管混凝土柱震后耐火性能的影响，本章首先开展 5 个设置厚型防火涂料方钢管混凝土双柱试件在定常轴力和水平低周反复荷载作用下的拟静力试验，通过对柱防火涂料的开裂与剥落的对比分析，揭示防火涂料在地震作用下的破坏行为，通过分析试验过程中和结束后试件变形的数据，探究最大层间位移角和荷载比对试件震后的残余变形及抗侧刚度退化的影响，从而为第三章震损试件的明火试验奠定基础。由于拟静力试验和明火试验的场地有一定距离，在拟静力试验结束后，带有不同程度损伤的方钢管混凝土双柱试件还需运输至耐火实验室开展耐火试验，在吊装、叉起、平移等运输过程震损试件可能会产生二次变形，为了解该变形的大小及其对震损方钢管混凝土双柱震后耐火性能可能造成的影响，还对震损方钢管混凝土双柱试件在运输过程中的变形进行了测量与分析。
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2.2 试验概况
2.2.1 试件设计与制作
（1）试件设计
本章拟静力试验共设计了 5 个带厚型防火涂料层的方钢管混凝土双柱试件，试验参数共有两个，分别为试件经历的最大层间位移角 α 和荷载比 n。最大层间位移角为最大层间位移与柱高的比值，荷载比为施加于柱上的竖向荷载与考虑柱长细比影响的轴压承载力的比值。考虑长细比影响的柱轴压承载力参照《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)[40]确定，其中的材料强度取实测强度。各试件的详细参数见表 2-1。试件的命名采用“D#N#”的形式，其中 D 表示最大层间位移角（D=1/100,1/50,1/33），N表示竖向荷载比（N=0.30,0.35,0.40）。例如 D50N40 表示柱所经历的最大层间位移角为1/50，竖向荷载比为 0.40。在选定试验参数时，参照《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)[40]对实心钢管混凝土柱在地震作用下位移限值的规定，同时考虑到如果试件在拟静力试验中经历的变形过大或试件竖向荷载比过大，震损柱可能濒临倒塌而丧失抵御次生火灾的能力，故最大层间位移角和竖向荷载比都不宜设计得过大。在试验过程中，5号试件 D50N34 的原设计竖向荷载比为 0.35，但由于试验过程中提供竖向荷载的千斤顶出现了问题，经采用力传感器测量实际加载的荷载比为 0.34。
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第三章 震损方钢管混凝土柱的明火试验.............................30
3.1 引 言.................................30
3.2 试验概况................................30
第四章 防火涂料剥落对震损方钢管混凝土柱温度场的影响分析.............................43
4.1 引 言...................................43
4.2 计算模型及验证.............................43
第四章 防火涂料剥落对震损方钢管混凝土柱温度场的影响分析
4.1 引 言
从第二、三章的试验结果可以看到，防火涂料开裂对震损方钢管混凝土柱的耐火性能影响有限，但防火涂料剥落会影响柱的温度场，进而影响柱的耐火极限。根据第三章试验测得的温度数据发现，由于钢管内部混凝土的吸热作用及热惰性，防火涂料剥落虽然会影响脱落位置附近的温度场，但对远离脱落位置区域的温度场影响并不显著。为获得明火试验前防火涂料脱落对震损方钢管混凝土柱温度场的影响，尤其是影响范围的大小，本章首先采用有限元分析通用软件 ABAQUS 对文献中不带防火涂料的方钢管混凝土柱的耐火试验以及本文第三章中带有防火涂料层的震损柱的耐火试验进行温度场数值模拟分析，在通过与试验结果的比较验证了有限元建模方法及材料参数设置的合理性之后开展一系列参数分析，考察的参数包括防火涂料剥落深度、剥落高度、剥落面位置以及受火时间。对比防火涂料脱落程度不同的震损方钢管混凝土柱的温度场与防火涂料完好柱的温度场，评估防火涂料脱落对钢管及其内部混凝土的温度影响范围，从而为地震设防区的方钢管混凝土柱耐火设计及防火保护提供参考。
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第五章 结论与展望
地震次生火灾作为一种在地震常见的次生灾害，其发生率和危害性极高，且容易在密集区域内大规模扩散，对人们生命与财产安全造成了巨大的威胁。虽然组合结构拥有良好的抗震性能，根据规范在表面设置防火涂料的钢管混凝土结构通常具有良好的耐火性能，但震损后圆钢管混凝土结构的耐火性能明显劣化。本文通过试验方法，对震损方钢管混凝土柱的耐火性能进行了研究，并采用参数分析的方法，分析了防火涂料的剥落对于震损方钢管混凝土柱温度场的影响。
本文的结论主要包括：
（1）开展了 5 个
