钢-混凝土组合结构作为一种可靠、高效的结构形式,在我国经过半个多世纪的发展已经较为成熟。近年来,伴随着我国综合国力的不断增强,海洋强国战略的提出,建筑行业得到了长足的发展,一大批新材料、新技术、新方法在建筑领域得到了广泛的应用。不锈钢材料作为其中的典型代表,凭借其良好的力学性能、优良的耐腐蚀性能以及优美的外观,越来越受到当今建筑师和结构工程师的青睐,这使得不锈钢-混凝土组合结构的出现和推广成为可能。然而,近年来建筑火灾频发,给建筑结构的安全带来了严重威胁。目前,普通结构钢组合结构或构件抗火性能的研究已成为建筑结构抗火研究的主要方向,而国内外现行规范中均尚无针对不锈钢组合构件的相关抗火设计条文,这势必会给不锈钢组合构件的应用带来巨大风险。因此,针对不锈钢组合梁开展抗火性能研究具有很强的技术前瞻性和重要的理论价值。基于上述背景,本文对矩形截面不锈钢组合梁的抗火性能开展了相关研究,揭示其在火灾下的行为反应和破坏规律,提出了抗火设计方法的相关建议。常温下和高温下材料力学性能是构件抗火性能研究的基石,本文首先对矩形截面不锈钢组合梁中涉及的不锈钢、混凝土以及钢筋等材料开展了一系列力学性能试验,较为全面、准确地获取了相关力学性能参数。基于国产奥氏体S30408不锈钢材料,通过常温下拉伸试验和高温稳态试验方法,试验研究不同条件下不锈钢材料力学性能,重点考察了高温下不锈钢材料力学性能。试验结果表明:Rasmussesn等人提出的两阶段Ramberg-Osgood材料模型(简称R-O模型)能够较准确地模拟常温下不锈钢材料的应力-应变关系;Chen提出的高温下两阶段R-O模型能够较准确地模拟高温下不锈钢材料的应力-应变关系,但两个模型中的硬化指数n和n_θ以及参数m和m_θ均需根据试验数据进行修正。圆柱头栓钉连接件是组合梁必不可少的组成部分。当圆柱头栓钉数量一定时,圆柱头栓钉的抗剪承载力决定着组合梁的受力性能。鉴于结构安全和防止不同材料(如钢材与不锈钢材料)之间的化学腐蚀,不锈钢组合梁中的圆柱头栓钉宜采用不锈钢材料制作。为此,本文对4个直径13mm不锈钢圆柱头栓钉标准推出试件开展了常温下推出试验,获取了各试件的荷载-滑移曲线,确定了常温下直径13mm不锈钢圆柱头栓钉的抗剪承载力。进而,利用ABAQUS软件对不锈钢圆柱头栓钉抗剪承载力进行了数值模拟分析,通过将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了分析模型的准确性。在此基础上,对不同直径不锈钢圆柱头栓钉开展了数值模拟分析,获取了不同直径不锈钢圆柱头栓钉的抗剪承载力,为不锈钢组合梁抗火性能分析模型的准确建立提供了重要的参考依据。为了考察矩形截面不锈钢组合梁的抗火性能,利用ABAQUS软件,基于相继热力耦合分析方法,本文通过对多种组合梁数值模拟方法的比选,确定了适用于不锈钢组合梁抗火性能分析的数值模拟方法,并利用已有的组合梁火灾试验结果,对数值模拟方法的正确性和准确性进行了验证。在此基础上,基于ISO834标准升温曲线,结合不锈钢圆柱头栓钉抗剪承载力的相关研究成果,建立了矩形截面不锈钢组合梁抗火性能分析模型,对完全剪切连接下矩形截面不锈钢组合梁抗火性能的影响因素开展了参数化分析(单参数影响分析与参数间耦合分析),着重考察了荷载形式、荷载比n、混凝土板厚度h_c、混凝土板宽度b_c、不锈钢梁高度h_s、不锈钢梁宽度b_s、混凝土板配筋率以及组合梁跨度L对不锈钢组合梁抗火性能的影响。参数化分析结果表明:(1)荷载比n、混凝土板厚度h_c、不锈钢梁高度h_s以及组合梁跨度L是影响矩形截面不锈钢组合梁抗火性能的重要因素,其中荷载比n的影响最为显著。(2)不同于普通结构钢组合梁,不锈钢材料热膨胀系数较大,火灾下不锈钢组合梁由于不锈钢梁膨胀将产生温度附加弯矩,对不锈钢组合梁的抗火性能影响很大。(3)荷载比n越大,火灾下不锈钢组合梁试件临界温度越低且耐火时间越短;当荷载比n<0.4时,火灾下不锈钢组合梁试件跨中竖向变形受温度附加弯矩的影响可描述为两个阶段:阶段Ⅰ,在升温前期(升温时间为0~15min),组合梁试件跨中竖向变形发展十分迅速;阶段Ⅱ,在升温中后期(升温时间为15~40min),组合梁试件跨中竖向变形发展相对减缓;试件荷载比n越小上述现象越为明显;当荷载比n≥0.4时,不锈钢组合梁的跨中竖向变形主要取决于荷载比n的大小。(4)荷载比n与混凝土板厚度h_c、不锈钢梁高度h_s以及组合梁跨度L对矩形截面不锈钢组合梁抗火性能的影响存在耦合关系;当荷载比n<0.6时,随着混凝土板厚度h_c增加、不锈钢梁高度h_s增加、试件跨度L减小,火灾下矩形截面不锈钢组合梁的临界温度提高,耐火时间延长;当荷载比n≥0.6时,相同荷载比条件下不锈钢组合梁的临界温度、耐火时间均趋于一致,抗火性能主要取决于荷载比n的大小,与其他影响因素关联性不强。因此,在进行矩形截面不锈钢组合梁抗火分析时,建议除考虑各因素的影响之外,还应考虑各因素间相互耦合作用的影响。最后,结合矩形截面不锈钢组合梁的截面特点,本文提出了矩形截面不锈钢组合梁温度场的简化计算公式。在此基础上,通过考虑温度附加弯矩的影响,引入了温度附加弯矩系数K,对不锈钢组合梁跨中最大弯矩M进行调整放大,完善了不锈钢组合梁临界温度的计算方法,使计算方法更加适用于不锈钢组合梁临界温度的预测。