用于钢筋混凝土梁抗火设计与优化的热力学一致性损伤-塑性模型

当前钢筋混凝土结构的抗火设计方法存在模型表征不准确、参数研究缺乏系统性以及优化应用受限等问题。在本研究中，构建了一种热力学一致的温度相关性混凝土损伤塑性模型，全面考察了设计参数，并提出了一个多目标优化平台。采用顺序热-力耦合有限元分析，该模型在材料层面和结构层面的平均误差分别为7.9%和2.9%，远优于误差为15%–20%的传统方法。参数敏感性分析表明，仅荷载比和混凝土保护层厚度就贡献了耐火极限全部方差的71%。将保护层厚度从25 mm增加至45 mm可使耐火性能提高94%，而将荷载比从0.3增加至0.7则使耐火极限降低58%。基于非支配排序遗传算法的优化模型获得了23个非支配解，其中选取的三个代表性设计分别实现了31.4%、23.7%和8.8%的材料节约。与传统的基于规范的设计方法相比，该方法在三个方面取得了显著提升：预测准确性、材料利用效率和设计灵活性。所建立的框架为基于性能的抗火设计提供了综合解决方案，并可推广至板、柱和框架系统等其他结构构件。