钢筋混凝土框架结构是应用十分广泛的结构形式之一,但其抗火性能的研究还处于初级阶段。框架结构抗火性能的研究,对于保证火灾中生命财产安全和结构安全具有重要意义。本文在理论分析和试验研究的基础上对钢筋混凝土框架结构及其节点的抗火性能进行了系统的研究,主要包括以下几个方面： (1)瞬态热应变是混凝土结构火灾中出现的一种主要变形,是混凝土在恒载升温条件下出现的一种独有的变形。本文在ABAQUS基础上修改材料的热膨胀系数方法和修改材料的弹性系数方法,实现了瞬态热应变的数值模拟,计算结果与试验结果吻合较好。 (2)本文还利用大型火灾实验炉对钢筋混凝土大比例尺框架节点进行了试验研究。提出了框架节点在ISO834标准升温作用下的温度场分布规律、变形规律、破坏规律。在试验的基础上,本文利用ABAQUS对节点的温度场进行了理论研究,数值模拟结果与试验结果吻合较好。 (3)在使用ABAQUS梁单元的基础上,开发适用于钢筋混凝土框架结构及其节点火灾高温分析的方法和混凝土塑性增量模型,通过输入截面不同积分点的温度-时间曲线描述受火钢筋混凝土梁柱截面复杂的温度场分布,编制用户子程序实现了钢筋混凝土框架结构和节点在火灾高温下的非线性分析。本文还利用了节点的梁单元计算模型,将所开发的材料模型应用于节点的力学分析,通过试验,验证了火灾分析方法的正确性。 (4)高温下框架梁柱截面的弯矩-曲率关系反映了截面的延性和承载力特性。本文利用两种方法计算了截面高温下的弯矩-曲率关系,研究了升温时间、轴向压力对受火截面弯矩-曲率关系的影响规律。分析表明,轴向压力增加使截面的延性降低,升温时间的延长使截面的延性增加。 (5)在所开发的材料模型的基础上对钢筋混凝土框架结构进行了系统的非线性分析,提出了框架结构火灾高温下内力随时间的变化规律、结构的变形规律、耐火极限的规律、结构耐火的极限状态以及悬链线效应的机理。研究表明,单室火灾下,升温过程中各截面发生明显的内力重分布,受火梁柱的热膨胀是结构内力变化的主要原因,柱端弯矩的内力重分布程度大于梁端弯矩。由于受周围常温区结构约束作用不同,结构耐火极限受火灾作用位置的影响显著：单室火灾下,火灾作用在边跨和上层时的耐火极限比火灾作用在中跨和下层时小；多室火灾下结构的耐火极限进一步降低。单室火灾作用下结构的极限状态为受火梁出现塑性铰后形成机构而破坏。多室火灾下四面受火柱的失稳是结构达到耐火极限的主要原因。本文对框架结构在不同火灾工况条件下结构塑性铰的出现位置和顺序进行了研究,并系统的研究了结构的火灾损伤规律。 (6)最后,本文还提出了框架结构的实用抗火设计建议。