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摘要：随着蜂窝组合梁在多层建筑和大跨度建筑中的应用，蜂窝组合梁的抗火性能越来越引人关注。目前，国内外对蜂窝组合梁抗火性能的研究并不完善和准确，没有合理的抗火设计和理论分析。对国内外蜂窝组合梁抗火实验与有限元模拟进行了文献综述，指出了蜂窝组合梁在高温下的温度分布规律、破坏形态以及各种因素的影响规律，总结了蜂窝组合梁的抗火性能和研究过程中遇到的问题和不足之处，展望了蜂窝组合梁在抗火方面的研究方向和发展趋势。
关键词：蜂窝组合梁;抗火性能;实验研究;研究前景
中图分类号：TU398.9 文献标识码：A
引 言
利用钢材良好的抗拉性能和混凝土良好的抗压性能搭配形成的组合梁，不仅可以减少模板制作和混凝土浇筑，而且可以减小截面面积，增大梁的延性。与火灾下的纯钢梁相比，组合梁由于混凝土吸热的缘故将减缓高温下钢材力学性能的降低，延缓建筑物破坏和倒塌时间，为营救生命和扑灭火灾赢得时间。
组合梁是利用剪力连接件连接钢梁和混凝土楼板的横跨构件。国内学者在细致研究了传统组合梁抗火性能的基础上，继续对各种改进型的组合梁进行了抗火性能研究。周焕廷等[1， 2]对波纹钢腹板组合梁和体外预应力组合梁进行了抗火性能研究分析。高轩能等[3]研究了不同参数影响下冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁的抗火性能。改变混凝土板或钢梁来创造具备不同特点的改进型组合梁，其特定的构造设计形成了不同的抗火性能。改进型组合梁在满足不同建筑物的使用要求同时，也为建筑施工提供了更多的选择方案，而蜂窝组合梁就是改变钢梁腹板来适应相应建筑形式的产物。蜂窝钢梁是在工字钢或H型钢的基础上采用错位成孔或直接开孔的方式切割成具有孔洞的钢梁，其中孔洞形状较多，一般可为圆形、矩形、六边形、长细椭圆形、圆角六边形等，可根据实际情况进行灵活设计。错位切割的圆孔蜂窝组合梁剖面图如图1所示。蜂窝组合梁由于孔洞的存在将减少钢材的使用、便于管线的安装、降低楼层的高度，且由于钢梁横截面高度的增大其抗弯承载力和抗剪刚度得以加强，组合梁的承载能力和抗破坏能力得到提升。蜂窝梁管线现场布置如图2所示。
近年来，国内外学者就蜂窝钢梁以及蜂窝组合梁的抗火性能进行了大量研究。李鹤等[4]利用有限元分析方法研究了火灾下无防火保护蜂窝钢梁的孔间腹板屈曲性能和屈曲温度，分析得出了腹板的升温速率要高于翼缘，从而更容易发生孔间腹板屈曲破坏。王培军等[5]利用有限元分析方法和修正后的斜压柱理论进行了火灾下蜂窝钢梁腹板屈曲承载力的研究，分析得出了受剪腹板屈曲承载力的计算方法。马宁[6]等分析了高温下受约束蜂窝钢梁的悬链线效应。Bailey[7]对有防火保护和无防火保护的蜂窝钢梁进行了火灾下的实验研究，结果表明：防火材料的使用将显著降低高温对钢梁的影响;孔间腹板和下翼緣的温度差取决于防火涂料的类型和厚度。蜂窝组合梁由于混凝土板以及连接构件的存在于纯蜂窝钢梁表现出不同的抗火性能。2007年，Nadjai[8]等对足尺的截面对称与非对称圆孔蜂窝组合梁进行了常温和高温下的实验，得到了组合梁各个特征部位的温度-时间曲线，分析得出了由于高温作用腹板屈曲失稳导致组合梁强度和刚度突然下降，产生孔间腹板屈曲破坏。马奇杰[9]利用ABAQUS软件模拟了高温作用下的蜂窝组合梁，研究了火灾下蜂窝组合梁的温度分布规律、破坏形态以及破坏温度，并分析了开孔类型（圆孔及长圆孔）、是否添加加劲肋、钢梁截面形式、钢梁的跨度、孔高比、孔间距等参数对蜂窝组合梁抗火性能的影响规律。结果表明：加劲肋可有效限制孔间腹板局部屈曲变形的发展;孔间腹板越宽反而会促使长圆孔费氏剪力塑性铰机制的发展;长圆孔越靠近组合梁梁端，其破坏温度越低;蜂窝组合梁构件的破坏温度主要分布在700℃-760℃之间。
随着蜂窝组合梁在多层建筑和大跨度建筑中的应用，总结和研究蜂窝组合梁在火灾下的抗火性能势在必行。本文主要对国内外蜂窝组合梁抗火实验、温度分布规律、破坏形式以及影响因素规律进行整理总结，明确蜂窝组合梁抗火研究中遇到的问题和不足之处，并在现有知识的基础上展望蜂窝组合梁在抗火方面的研究方向和发展趋势。
1.蜂窝组合梁的抗火实验研究
蜂窝组合梁作为钢-混凝土组合梁中的一种类型，腹板开孔带来便利的同时也对其承载能力和抗火性能有了新的要求。利用抗火实验分析组合梁的抗火性能仍是反应结构耐火能力的直接方法，也是最准确、有效的方案。但是，充足的抗火实验会损耗大量的材料和经费，采用同条件下的试件进行有限元模拟分析将简便实验过程，研究更多因素影响下试件的性能。实验与有限元模拟相结合会产生更清晰、有效的结论。
1.1矩形孔蜂窝组合梁的抗火性能研究
2010年，wong等[10]就高温下无防火保护和有防火保护的矩形孔蜂窝组合梁进行了实验研究，提出了一种考虑孔间腹板剪力传递以及空腹效应产生塑性铰作用的分析模型，并利用实验结果和有限元分析结果对分析模型进行了精度方面的修改和完善。
对有防火保护的矩形蜂窝组合梁进行抗火实验，分析得出由于高温作用下不同部位防火材料脱落程度不同导致钢材温度差别较大，容易产生温度差引起的作用力，影响抗火性能，寻求一种优良的抗火涂料会对钢材抗火性能产生极大的促进作用。
1.2圆孔蜂窝组合梁抗火性能研究
2009年，wong等[11]利用ABAQUS软件对足尺的截面对称和非对称两个蜂窝组合梁进行了非线性的有限元分析，提出了一个关于圆孔蜂窝组合梁的分析模型。在有限元模型分析中，混凝土板采用了C3D8R的网格单元，蜂窝钢梁采用了S4R的网格单元。热-力耦合中，楼板采用混凝土损伤塑性模型，且不考虑混凝土和钢梁的滑移。但文中并没有介绍抗剪连接构件的设置以及与钢梁和混凝土板的相互作用关系。 利用有限元分析得到了蜂窝组合梁的温度分布以及80min时梁各特征点的温度。本文还提出了环境温度和高温下分析模型，但趋于保守。
2011年，Naili等[12]对3个孔型搭配和荷载布置不同的圆孔和长细椭圆孔蜂窝组合梁进行了标准升温条件下的抗火实验和有限元分析，得出了试件的温度分布和破坏机制。
结果表明：钢梁温度达到600℃时，钢材的强度将会降到钢材设计强度的一半，杨氏模量降到环境温度下的20%;当刚梁温度达到750℃时，钢材的杨氏模量下降速度快于极限强度的下降速度，最终导致钢材的破坏。梁1和梁3由于截面不对称，钢梁主要依靠顶部腹板抵抗荷载，易发生孔间腹板屈曲破坏;梁2在高温作用下易发生空腹弯曲。本文建立了良好的有限元分析模型，可进一步探讨各种影响因素的作用。
2016年，Nadjai等[13]在Naili實验的基础上又制作并进行了3个同尺寸的有膨胀型防火保护的蜂窝组合梁抗火性能实验研究和数值模拟，以此对比分析膨胀型防火涂料的重要性。
结果表明：当炉温为750℃时，有防火保护的蜂窝组合梁的耐火时间比无防火保护的蜂窝组合梁提高了50%;对于有防火保护的蜂窝组合梁，温度升高对截面对称的蜂窝组合梁影响大于截面不对称的蜂窝组合梁;膨胀性防火涂料的使用增加了蜂窝组合梁的耐火时间和承受荷载的能力;并提出了不同尺寸或截面形状的蜂窝组合梁腹板屈曲长度的计算公式。
2013年，Bihina等[14]对4个足尺圆孔以及长细圆孔蜂窝组合梁进行了2点集中荷载作用下的火灾实验，得到了混凝土板、钢梁翼缘和腹板的温度分布规律，并利用有限元软件改变试件几何形状和荷载条件下研究了各个因素对组合梁温度分布以及破坏形式的影响。
蜂窝钢梁上翼缘（温度最低处）与其它截面处存在显著的热梯度，最大温差可以达到250℃;在ISO标准升温曲线升温30min后，梁的最高温度可以达到820℃;在施加荷载初期，梁的跨中垂直位移逐渐线性增加，在梁达到400℃-500℃时，其杨氏模量在大多数地方减小，随着温度的持续升高，挠度迅速增加，直至坍塌。
结果表明：细长腹板梁和非对称钢截面蜂窝组合梁易发生腹板屈曲破坏;腹板带有加劲肋的钢梁由于抗弯刚度的提升，会抑制腹板的扭曲而导致整体弯曲破坏;在梁失效时，混凝土板中深处的临界温度可达500℃，钢腹板处的临界温度可超过700℃。通过对有限元结果和现有分析模型的对比，突出了现有分析模型的保守性。
1.3不同孔型的蜂窝组合梁对比实验研究
2018年，贾连光等[15， 16]将圆孔蜂窝组合梁和正六边形蜂窝组合梁与同尺寸的实腹式组合梁进行了火灾下的对比实验研究，并利用温度-时间曲线以及位移-时间曲线验证了有限元分析模型的正确性，从而进一步研究了腹板开孔率（开孔直径与钢梁截面高度之比）、孔间距、腹板高度以及是否添加加劲肋等因素对组合梁抗火性能的影响。为了保证组合梁两边简支条件，采用280mm×300mm×40mm端板焊接在钢梁两端，并将端板底边设计成直径80mm的曲边。蜂窝组合梁与实腹式组合梁相比，其更易发生腹板屈曲破坏，耐火时间更短。六边形蜂窝组合梁由于孔角处应力集中作用，其抗火性能低于圆孔蜂窝组合梁，建筑设计时应优先选用圆孔蜂窝组合梁。
文章描述了蜂窝组合梁有限元模型建立过程以及温度场和热-力耦合过程中应用的数据，得到的温度-时间曲线和跨中位移-时间曲线与实验所得数据基本吻合。
利用有限元分析模型研究了不同开孔率、孔间距、腹板高厚比以及是否添加加劲肋对蜂窝组合梁抗火性能的影响。结果表明：开孔率与孔间距对临界温度有影响，开孔率越小，临界温度越高，孔间距越大，临界温度越低;腹板高厚比越大，钢梁易发生屈曲破坏;加劲肋的使用可以有效延缓腹板屈曲以及下翼缘的扭转，显著提高蜂窝组合梁的抗火性能。相比较于改变开孔率和孔间距，不如增加加劲肋和调整腹板的高厚比，以实现提升蜂窝组合梁耐火能力的目标。
1.4有无防火保护的蜂窝组合梁抗火性能研究
2018年，魏鹏宇[17]对有无防火保护的实腹式组合梁、圆孔蜂窝组合梁以及六边形孔蜂窝组合梁进行了恒载升温实验，探求有无防火保护蜂窝组合梁的温度分布规律以及破坏形式。
实验设计了6个净跨为1660mm的三类组合梁，对比分析了防火涂层的重要性。利用实验获得的温度-时间曲线以及位移-时间曲线分析得出：300℃-700℃时，无防火保护的蜂窝组合梁结构变形舒缓，800℃-900℃时，结构变形急剧增大至破坏;对于无防火保护的组合梁而言，在试验后期混凝土楼板承担了主要力学荷载，钢梁对承载力和侧向刚度的贡献趋近于零，并发生由腹板、上下翼缘屈曲引起的整体失稳破坏;无防火保护的组合梁构件在遭受高温灾害时其抗火性能较差，有防火保护的组合梁表现出较高耐火能力。从中可以得出防火涂料对蜂窝组合梁耐火性能有明显的提升作用。
2019年，Bükülmez等[18]对是否涂抹防火涂料的4个足尺组合梁进行抗火实验，其中一个为实腹式组合梁，另外三个为圆孔蜂窝组合梁。梁1与梁2分别为无保护的蜂窝组合梁和实腹式组合梁，梁3和梁4分别为溶剂型防火膨胀涂料和水基防火膨胀涂料保护的蜂窝组合梁，涂料的设计耐火极限是60min，极限温度为620℃。
作者依次对4个梁进行了实验现象、温度分布以及破坏模式的分析，结果表明：在受保护和未受保护的蜂窝组合梁中，破坏机制主要为孔间腹板屈曲和空腹弯曲;孔间腹板屈曲破坏使无保护梁腹板产生明显的S形变形;受保护和未受保护的蜂窝组合梁在耐火时间方面差距较大，防火材料的使用将大大提升组合梁的耐火性能;在受保护的组合梁中，防火涂料的使用导致梁腹板和翼缘的温度分布不均匀，破坏时的下翼缘温度比极限温度高出53%（梁3）和43%（梁4）;对于受保护的组合梁，混凝土板暴露在更高的温度下，试验后混凝土的抗压强度低于未受保护的混凝土板。膨胀型防火涂料的使用在增加钢梁耐火性能的同时，也发生了钢梁不均匀受热和混凝土板温度增高的现象。 1.5轴向约束作用下的蜂窝组合梁抗火性能研究
2017年，Nadjai等[19]利用自制轴向约束装置对3个压型钢板蜂窝组合梁进行了抗火实验，以研究在轴向约束条件下组合梁的抗火性能。
利用轴向约束装置模拟实际建筑中完整构造下蜂窝组合梁的抗火性能，得到温度-时间曲线、位移-时间曲线以及轴向压力-时间曲线，并分析了蜂窝组合梁的温度分布以及破坏形式。结果表明：在标准火灾初期，由于混凝土体积的影响，两种不同板面形状的梁在上翼缘和腹板处的温度分布是不同的;在竖向荷载和轴向约束下，450℃时腹板开始出现屈曲现象;在轴向约束作用下，蜂窝组合梁在加热后期产生了悬链线效应，使蜂窝组合梁能够在很高的温度下维持而不坍塌。
2对蜂窝组合梁抗火性能总结
2.1温度分布规律
蜂窝组合梁由于孔洞的存在温度提升速度和热量传递速度更快，钢材的强度和刚度下降速度也更快，这就导致破坏温度较小、破坏时间较早。钢梁腹板和下翼缘的温度相差不大，但上翼缘由于混凝土吸热的缘故，温度比腹板和下翼缘要低。火灾升温初期，蜂窝组合梁结构变形缓慢，随着温度的升高，当钢梁的温度达到600℃左右时，钢材的强度将会减小到设计强度的一半;当钢梁的温度达到700℃以上时，蜂窝组合梁的强度和刚度急速下降，发生孔间腹板屈曲破坏或空腹弯曲破坏。有防火涂料保护的蜂窝组合梁温度分布不均匀，但可有效提升钢梁的耐火极限。
2.2破坏形式
腹板开孔导致截面不连续，就使得孔间腹板承受更大的荷载和剪力作用，促使钢梁发生S形的孔间腹板屈曲破坏或依靠腹板顶部的空腹弯曲破坏。对存在细长椭圆孔和截面不对称的蜂窝组合梁易发生孔间腹板屈曲破坏。加劲肋的使用延缓了腹板屈曲和下翼缘的扭转，蜂窝组合梁可能发生整体弯曲破坏。对有防火保護的蜂窝组合梁，升温后期，混凝土楼板承受了主要力学荷载，钢梁对承载力和侧向刚度的贡献趋近于零。
2.3影响因素的规律
蜂窝组合梁孔洞形式的存在带来了更多的影响因素，先前的实验和模拟主要研究了开孔形状、孔洞布置、加载方式、开孔率、孔间距、腹板高厚比、是否添加加劲肋、有无防火保护和轴向约束等因素对蜂窝组合梁抗火性能的影响。
相比较于圆孔蜂窝组合梁，多边形孔蜂窝组合梁由于孔角应力集中的影响，将会表现出更小的破坏温度和更严重的破坏形式。长细椭圆孔的布置越接近支座，蜂窝组合梁受温度和荷载的影响更大。蜂窝组合梁的抗火能力也受荷载方式的影响。开孔率和孔间距相互联系，都是造成腹板受剪削弱的重要参数，仅考虑一个因素并不能对蜂窝组合梁临界温度造成明显的影响。腹板的高厚比越大，越容易发生腹板屈曲破坏。加劲肋的使用将显著提升钢梁的抗弯刚度，提升组合梁的抗火性能。防火涂料的使用将显著提高钢梁的耐火能力，且维持了钢梁原本的形状特性，但防火涂料在高温作用下各个部分的脱落时间不同，会导致腹板或上下翼缘温度分布不均而产生温度引起的作用力。钢梁防火涂料的使用也加快了混凝土楼板温度的提升。实验升温后期，有轴向约束的压型钢板蜂窝组合梁会产生悬链线效应，将有效抵抗荷载作用，延缓蜂窝组合梁的破坏和塌陷。
3蜂窝组合梁研究中遇到的问题和不足之处
在蜂窝组合梁制作方面，采用错位切割法可以节省钢材，但通过焊接或采用连接螺栓连接的钢梁在高温作用下易产生S形的腹板屈曲破坏，直接开孔法则会出现钢材浪费的现象。在火灾实验炉方面，自制的火灾实验炉虽尽可能的模拟标准升温曲线，但还是存在一定的偏差。在荷载布置方面，均布荷载作用下的足尺蜂窝组合梁抗火性能研究较少，大多是集中荷载作用下的蜂窝组合梁抗火实验。
栓钉所采用的直径与间距在相关规范中都有说明，但以栓钉直径与间距作为影响因素来研究蜂窝组合梁抗火性能的文章并未发现。防火涂料的类型以及涂抹厚度都需要进一步研究分析确定。
与实验中的蜂窝组合梁计算结果对比，各个分析模型所得结果偏于保守。没有发现在轴向约束刚度改变的情况下对蜂窝组合梁的实验研究，火灾后期的悬链线效应也有待分析确定。国内外研究中都没有对整体建筑中的蜂窝组合梁进行火灾下的力学性能研究。
Lixin Fang等[20]利用ABAQUS软件对承受管道局部荷载作用下的蜂窝组合梁进行了高温下的数值模拟分析，分析得出：管道局部荷载的作用将大大降低蜂窝组合梁的耐火性能，破坏会提前发生。现有组合梁的抗火设计并未考虑这方面的影响，还需对其进一步研究分析。
4蜂窝组合梁的研究前景
我国《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249-2017）[21]只对实腹式组合梁进行了抗火设计，并没有对蜂窝组合梁抗火设计进行说明，因此有必要提供高温下蜂窝组合梁的分析理论和设计方法。
研发一种有效防火涂料将显著提升蜂窝组合梁的耐火能力，且在除用加劲肋加固的方式外，可探索更加新颖有力的支撑方式。
没有对整体建筑结构中的蜂窝组合梁进行抗火性能研究，分析实际建筑中蜂窝组合梁的力学性能将对规范的制定有极大的促进作用。
梁端约束不同，其抗火性能会显著不同，甚至会产生与简支构件截然不同的结果。对存在轴向约束的蜂窝组合梁进行抗火性能研究将有效了解实际建筑中蜂窝组合梁的抗火性能。
管线通道对蜂窝钢梁腹板孔洞进行了一定的封堵，是否可以减轻蜂窝组合梁受到的高温作用，且管道重力作用对蜂窝组合梁的变形破坏会产生多大程度的影响，都应进行进一步的分析。
总结
本文对国内外蜂窝组合梁抗火实验和有限元模拟分析进行了文献综述，指出了蜂窝组合梁在高温下的温度分布规律、破坏形式以及各种因素的影响规律，总结了蜂窝组合梁在抗火性能研究过程中遇到的问题和不足之处，展望了蜂窝组合梁在抗火方面的研究前景和发展方向。可以看出，对蜂窝组合梁抗火性能的研究较少，各种孔型以及影响因素较多，没有统一的抗火设计和理论分析，分析结果也存在较大的差别。建立切实可行的蜂窝组合梁高温承载力计算方法和计算公式，完善高温下蜂窝组合梁的分析模型，以实现对蜂窝组合梁的合理应用。 参考文献
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关键词：蜂窝组合梁;抗火性能;实验研究;研究前景
中图分类号：TU398.9 文献标识码：A
引 言
利用钢材良好的抗拉性能和混凝土良好的抗压性能搭配形成的组合梁，不仅可以减少模板制作和混凝土浇筑，而且可以减小截面面积，增大梁的延性。与火灾下的纯钢梁相比，组合梁由于混凝土吸热的缘故将减缓高温下钢材力学性能的降低，延缓建筑物破坏和倒塌时间，为营救生命和扑灭火灾赢得时间。
组合梁是利用剪力连接件连接钢梁和混凝土楼板的横跨构件。国内学者在细致研究了传统组合梁抗火性能的基础上，继续对各种改进型的组合梁进行了抗火性能研究。周焕廷等[1， 2]对波纹钢腹板组合梁和体外预应力组合梁进行了抗火性能研究分析。高轩能等[3]研究了不同参数影响下冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁的抗火性能。改变混凝土板或钢梁来创造具备不同特点的改进型组合梁，其特定的构造设计形成了不同的抗火性能。改进型组合梁在满足不同建筑物的使用要求同时，也为建筑施工提供了更多的选择方案，而蜂窝组合梁就是改变钢梁腹板来适应相应建筑形式的产物。蜂窝钢梁是在工字钢或H型钢的基础上采用错位成孔或直接开孔的方式切割成具有孔洞的钢梁，其中孔洞形状较多，一般可为圆形、矩形、六边形、长细椭圆形、圆角六边形等，可根据实际情况进行灵活设计。错位切割的圆孔蜂窝组合梁剖面图如图1所示。蜂窝组合梁由于孔洞的存在将减少钢材的使用、便于管线的安装、降低楼层的高度，且由于钢梁横截面高度的增大其抗弯承载力和抗剪刚度得以加强，组合梁的承载能力和抗破坏能力得到提升。蜂窝梁管线现场布置如图2所示。
近年来，国内外学者就蜂窝钢梁以及蜂窝组合梁的抗火性能进行了大量研究。李鹤等[4]利用有限元分析方法研究了火灾下无防火保护蜂窝钢梁的孔间腹板屈曲性能和屈曲温度，分析得出了腹板的升温速率要高于翼缘，从而更容易发生孔间腹板屈曲破坏。王培军等[5]利用有限元分析方法和修正后的斜压柱理论进行了火灾下蜂窝钢梁腹板屈曲承载力的研究，分析得出了受剪腹板屈曲承载力的计算方法。马宁[6]等分析了高温下受约束蜂窝钢梁的悬链线效应。Bailey[7]对有防火保护和无防火保护的蜂窝钢梁进行了火灾下的实验研究，结果表明：防火材料的使用将显著降低高温对钢梁的影响;孔间腹板和下翼緣的温度差取决于防火涂料的类型和厚度。蜂窝组合梁由于混凝土板以及连接构件的存在于纯蜂窝钢梁表现出不同的抗火性能。2007年，Nadjai[8]等对足尺的截面对称与非对称圆孔蜂窝组合梁进行了常温和高温下的实验，得到了组合梁各个特征部位的温度-时间曲线，分析得出了由于高温作用腹板屈曲失稳导致组合梁强度和刚度突然下降，产生孔间腹板屈曲破坏。马奇杰[9]利用ABAQUS软件模拟了高温作用下的蜂窝组合梁，研究了火灾下蜂窝组合梁的温度分布规律、破坏形态以及破坏温度，并分析了开孔类型（圆孔及长圆孔）、是否添加加劲肋、钢梁截面形式、钢梁的跨度、孔高比、孔间距等参数对蜂窝组合梁抗火性能的影响规律。结果表明：加劲肋可有效限制孔间腹板局部屈曲变形的发展;孔间腹板越宽反而会促使长圆孔费氏剪力塑性铰机制的发展;长圆孔越靠近组合梁梁端，其破坏温度越低;蜂窝组合梁构件的破坏温度主要分布在700℃-760℃之间。
随着蜂窝组合梁在多层建筑和大跨度建筑中的应用，总结和研究蜂窝组合梁在火灾下的抗火性能势在必行。本文主要对国内外蜂窝组合梁抗火实验、温度分布规律、破坏形式以及影响因素规律进行整理总结，明确蜂窝组合梁抗火研究中遇到的问题和不足之处，并在现有知识的基础上展望蜂窝组合梁在抗火方面的研究方向和发展趋势。
1.蜂窝组合梁的抗火实验研究
蜂窝组合梁作为钢-混凝土组合梁中的一种类型，腹板开孔带来便利的同时也对其承载能力和抗火性能有了新的要求。利用抗火实验分析组合梁的抗火性能仍是反应结构耐火能力的直接方法，也是最准确、有效的方案。但是，充足的抗火实验会损耗大量的材料和经费，采用同条件下的试件进行有限元模拟分析将简便实验过程，研究更多因素影响下试件的性能。实验与有限元模拟相结合会产生更清晰、有效的结论。
1.1矩形孔蜂窝组合梁的抗火性能研究
2010年，wong等[10]就高温下无防火保护和有防火保护的矩形孔蜂窝组合梁进行了实验研究，提出了一种考虑孔间腹板剪力传递以及空腹效应产生塑性铰作用的分析模型，并利用实验结果和有限元分析结果对分析模型进行了精度方面的修改和完善。
对有防火保护的矩形蜂窝组合梁进行抗火实验，分析得出由于高温作用下不同部位防火材料脱落程度不同导致钢材温度差别较大，容易产生温度差引起的作用力，影响抗火性能，寻求一种优良的抗火涂料会对钢材抗火性能产生极大的促进作用。
1.2圆孔蜂窝组合梁抗火性能研究
2009年，wong等[11]利用ABAQUS软件对足尺的截面对称和非对称两个蜂窝组合梁进行了非线性的有限元分析，提出了一个关于圆孔蜂窝组合梁的分析模型。在有限元模型分析中，混凝土板采用了C3D8R的网格单元，蜂窝钢梁采用了S4R的网格单元。热-力耦合中，楼板采用混凝土损伤塑性模型，且不考虑混凝土和钢梁的滑移。但文中并没有介绍抗剪连接构件的设置以及与钢梁和混凝土板的相互作用关系。 利用有限元分析得到了蜂窝组合梁的温度分布以及80min时梁各特征点的温度。本文还提出了环境温度和高温下分析模型，但趋于保守。
2011年，Naili等[12]对3个孔型搭配和荷载布置不同的圆孔和长细椭圆孔蜂窝组合梁进行了标准升温条件下的抗火实验和有限元分析，得出了试件的温度分布和破坏机制。
结果表明：钢梁温度达到600℃时，钢材的强度将会降到钢材设计强度的一半，杨氏模量降到环境温度下的20%;当刚梁温度达到750℃时，钢材的杨氏模量下降速度快于极限强度的下降速度，最终导致钢材的破坏。梁1和梁3由于截面不对称，钢梁主要依靠顶部腹板抵抗荷载，易发生孔间腹板屈曲破坏;梁2在高温作用下易发生空腹弯曲。本文建立了良好的有限元分析模型，可进一步探讨各种影响因素的作用。
2016年，Nadjai等[13]在Naili實验的基础上又制作并进行了3个同尺寸的有膨胀型防火保护的蜂窝组合梁抗火性能实验研究和数值模拟，以此对比分析膨胀型防火涂料的重要性。
结果表明：当炉温为750℃时，有防火保护的蜂窝组合梁的耐火时间比无防火保护的蜂窝组合梁提高了50%;对于有防火保护的蜂窝组合梁，温度升高对截面对称的蜂窝组合梁影响大于截面不对称的蜂窝组合梁;膨胀性防火涂料的使用增加了蜂窝组合梁的耐火时间和承受荷载的能力;并提出了不同尺寸或截面形状的蜂窝组合梁腹板屈曲长度的计算公式。
2013年，Bihina等[14]对4个足尺圆孔以及长细圆孔蜂窝组合梁进行了2点集中荷载作用下的火灾实验，得到了混凝土板、钢梁翼缘和腹板的温度分布规律，并利用有限元软件改变试件几何形状和荷载条件下研究了各个因素对组合梁温度分布以及破坏形式的影响。
蜂窝钢梁上翼缘（温度最低处）与其它截面处存在显著的热梯度，最大温差可以达到250℃;在ISO标准升温曲线升温30min后，梁的最高温度可以达到820℃;在施加荷载初期，梁的跨中垂直位移逐渐线性增加，在梁达到400℃-500℃时，其杨氏模量在大多数地方减小，随着温度的持续升高，挠度迅速增加，直至坍塌。
结果表明：细长腹板梁和非对称钢截面蜂窝组合梁易发生腹板屈曲破坏;腹板带有加劲肋的钢梁由于抗弯刚度的提升，会抑制腹板的扭曲而导致整体弯曲破坏;在梁失效时，混凝土板中深处的临界温度可达500℃，钢腹板处的临界温度可超过700℃。通过对有限元结果和现有分析模型的对比，突出了现有分析模型的保守性。
1.3不同孔型的蜂窝组合梁对比实验研究
2018年，贾连光等[15， 16]将圆孔蜂窝组合梁和正六边形蜂窝组合梁与同尺寸的实腹式组合梁进行了火灾下的对比实验研究，并利用温度-时间曲线以及位移-时间曲线验证了有限元分析模型的正确性，从而进一步研究了腹板开孔率（开孔直径与钢梁截面高度之比）、孔间距、腹板高度以及是否添加加劲肋等因素对组合梁抗火性能的影响。为了保证组合梁两边简支条件，采用280mm×300mm×40mm端板焊接在钢梁两端，并将端板底边设计成直径80mm的曲边。蜂窝组合梁与实腹式组合梁相比，其更易发生腹板屈曲破坏，耐火时间更短。六边形蜂窝组合梁由于孔角处应力集中作用，其抗火性能低于圆孔蜂窝组合梁，建筑设计时应优先选用圆孔蜂窝组合梁。
文章描述了蜂窝组合梁有限元模型建立过程以及温度场和热-力耦合过程中应用的数据，得到的温度-时间曲线和跨中位移-时间曲线与实验所得数据基本吻合。
利用有限元分析模型研究了不同开孔率、孔间距、腹板高厚比以及是否添加加劲肋对蜂窝组合梁抗火性能的影响。结果表明：开孔率与孔间距对临界温度有影响，开孔率越小，临界温度越高，孔间距越大，临界温度越低;腹板高厚比越大，钢梁易发生屈曲破坏;加劲肋的使用可以有效延缓腹板屈曲以及下翼缘的扭转，显著提高蜂窝组合梁的抗火性能。相比较于改变开孔率和孔间距，不如增加加劲肋和调整腹板的高厚比，以实现提升蜂窝组合梁耐火能力的目标。
1.4有无防火保护的蜂窝组合梁抗火性能研究
2018年，魏鹏宇[17]对有无防火保护的实腹式组合梁、圆孔蜂窝组合梁以及六边形孔蜂窝组合梁进行了恒载升温实验，探求有无防火保护蜂窝组合梁的温度分布规律以及破坏形式。
实验设计了6个净跨为1660mm的三类组合梁，对比分析了防火涂层的重要性。利用实验获得的温度-时间曲线以及位移-时间曲线分析得出：300℃-700℃时，无防火保护的蜂窝组合梁结构变形舒缓，800℃-900℃时，结构变形急剧增大至破坏;对于无防火保护的组合梁而言，在试验后期混凝土楼板承担了主要力学荷载，钢梁对承载力和侧向刚度的贡献趋近于零，并发生由腹板、上下翼缘屈曲引起的整体失稳破坏;无防火保护的组合梁构件在遭受高温灾害时其抗火性能较差，有防火保护的组合梁表现出较高耐火能力。从中可以得出防火涂料对蜂窝组合梁耐火性能有明显的提升作用。
2019年，Bükülmez等[18]对是否涂抹防火涂料的4个足尺组合梁进行抗火实验，其中一个为实腹式组合梁，另外三个为圆孔蜂窝组合梁。梁1与梁2分别为无保护的蜂窝组合梁和实腹式组合梁，梁3和梁4分别为溶剂型防火膨胀涂料和水基防火膨胀涂料保护的蜂窝组合梁，涂料的设计耐火极限是60min，极限温度为620℃。
作者依次对4个梁进行了实验现象、温度分布以及破坏模式的分析，结果表明：在受保护和未受保护的蜂窝组合梁中，破坏机制主要为孔间腹板屈曲和空腹弯曲;孔间腹板屈曲破坏使无保护梁腹板产生明显的S形变形;受保护和未受保护的蜂窝组合梁在耐火时间方面差距较大，防火材料的使用将大大提升组合梁的耐火性能;在受保护的组合梁中，防火涂料的使用导致梁腹板和翼缘的温度分布不均匀，破坏时的下翼缘温度比极限温度高出53%（梁3）和43%（梁4）;对于受保护的组合梁，混凝土板暴露在更高的温度下，试验后混凝土的抗压强度低于未受保护的混凝土板。膨胀型防火涂料的使用在增加钢梁耐火性能的同时，也发生了钢梁不均匀受热和混凝土板温度增高的现象。 1.5轴向约束作用下的蜂窝组合梁抗火性能研究
2017年，Nadjai等[19]利用自制轴向约束装置对3个压型钢板蜂窝组合梁进行了抗火实验，以研究在轴向约束条件下组合梁的抗火性能。
利用轴向约束装置模拟实际建筑中完整构造下蜂窝组合梁的抗火性能，得到温度-时间曲线、位移-时间曲线以及轴向压力-时间曲线，并分析了蜂窝组合梁的温度分布以及破坏形式。结果表明：在标准火灾初期，由于混凝土体积的影响，两种不同板面形状的梁在上翼缘和腹板处的温度分布是不同的;在竖向荷载和轴向约束下，450℃时腹板开始出现屈曲现象;在轴向约束作用下，蜂窝组合梁在加热后期产生了悬链线效应，使蜂窝组合梁能够在很高的温度下维持而不坍塌。
2对蜂窝组合梁抗火性能总结
2.1温度分布规律
蜂窝组合梁由于孔洞的存在温度提升速度和热量传递速度更快，钢材的强度和刚度下降速度也更快，这就导致破坏温度较小、破坏时间较早。钢梁腹板和下翼缘的温度相差不大，但上翼缘由于混凝土吸热的缘故，温度比腹板和下翼缘要低。火灾升温初期，蜂窝组合梁结构变形缓慢，随着温度的升高，当钢梁的温度达到600℃左右时，钢材的强度将会减小到设计强度的一半;当钢梁的温度达到700℃以上时，蜂窝组合梁的强度和刚度急速下降，发生孔间腹板屈曲破坏或空腹弯曲破坏。有防火涂料保护的蜂窝组合梁温度分布不均匀，但可有效提升钢梁的耐火极限。
2.2破坏形式
腹板开孔导致截面不连续，就使得孔间腹板承受更大的荷载和剪力作用，促使钢梁发生S形的孔间腹板屈曲破坏或依靠腹板顶部的空腹弯曲破坏。对存在细长椭圆孔和截面不对称的蜂窝组合梁易发生孔间腹板屈曲破坏。加劲肋的使用延缓了腹板屈曲和下翼缘的扭转，蜂窝组合梁可能发生整体弯曲破坏。对有防火保護的蜂窝组合梁，升温后期，混凝土楼板承受了主要力学荷载，钢梁对承载力和侧向刚度的贡献趋近于零。
2.3影响因素的规律
蜂窝组合梁孔洞形式的存在带来了更多的影响因素，先前的实验和模拟主要研究了开孔形状、孔洞布置、加载方式、开孔率、孔间距、腹板高厚比、是否添加加劲肋、有无防火保护和轴向约束等因素对蜂窝组合梁抗火性能的影响。
相比较于圆孔蜂窝组合梁，多边形孔蜂窝组合梁由于孔角应力集中的影响，将会表现出更小的破坏温度和更严重的破坏形式。长细椭圆孔的布置越接近支座，蜂窝组合梁受温度和荷载的影响更大。蜂窝组合梁的抗火能力也受荷载方式的影响。开孔率和孔间距相互联系，都是造成腹板受剪削弱的重要参数，仅考虑一个因素并不能对蜂窝组合梁临界温度造成明显的影响。腹板的高厚比越大，越容易发生腹板屈曲破坏。加劲肋的使用将显著提升钢梁的抗弯刚度，提升组合梁的抗火性能。防火涂料的使用将显著提高钢梁的耐火能力，且维持了钢梁原本的形状特性，但防火涂料在高温作用下各个部分的脱落时间不同，会导致腹板或上下翼缘温度分布不均而产生温度引起的作用力。钢梁防火涂料的使用也加快了混凝土楼板温度的提升。实验升温后期，有轴向约束的压型钢板蜂窝组合梁会产生悬链线效应，将有效抵抗荷载作用，延缓蜂窝组合梁的破坏和塌陷。
3蜂窝组合梁研究中遇到的问题和不足之处
在蜂窝组合梁制作方面，采用错位切割法可以节省钢材，但通过焊接或采用连接螺栓连接的钢梁在高温作用下易产生S形的腹板屈曲破坏，直接开孔法则会出现钢材浪费的现象。在火灾实验炉方面，自制的火灾实验炉虽尽可能的模拟标准升温曲线，但还是存在一定的偏差。在荷载布置方面，均布荷载作用下的足尺蜂窝组合梁抗火性能研究较少，大多是集中荷载作用下的蜂窝组合梁抗火实验。
栓钉所采用的直径与间距在相关规范中都有说明，但以栓钉直径与间距作为影响因素来研究蜂窝组合梁抗火性能的文章并未发现。防火涂料的类型以及涂抹厚度都需要进一步研究分析确定。
与实验中的蜂窝组合梁计算结果对比，各个分析模型所得结果偏于保守。没有发现在轴向约束刚度改变的情况下对蜂窝组合梁的实验研究，火灾后期的悬链线效应也有待分析确定。国内外研究中都没有对整体建筑中的蜂窝组合梁进行火灾下的力学性能研究。
Lixin Fang等[20]利用ABAQUS软件对承受管道局部荷载作用下的蜂窝组合梁进行了高温下的数值模拟分析，分析得出：管道局部荷载的作用将大大降低蜂窝组合梁的耐火性能，破坏会提前发生。现有组合梁的抗火设计并未考虑这方面的影响，还需对其进一步研究分析。
4蜂窝组合梁的研究前景
我国《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249-2017）[21]只对实腹式组合梁进行了抗火设计，并没有对蜂窝组合梁抗火设计进行说明，因此有必要提供高温下蜂窝组合梁的分析理论和设计方法。
研发一种有效防火涂料将显著提升蜂窝组合梁的耐火能力，且在除用加劲肋加固的方式外，可探索更加新颖有力的支撑方式。
没有对整体建筑结构中的蜂窝组合梁进行抗火性能研究，分析实际建筑中蜂窝组合梁的力学性能将对规范的制定有极大的促进作用。
梁端约束不同，其抗火性能会显著不同，甚至会产生与简支构件截然不同的结果。对存在轴向约束的蜂窝组合梁进行抗火性能研究将有效了解实际建筑中蜂窝组合梁的抗火性能。
管线通道对蜂窝钢梁腹板孔洞进行了一定的封堵，是否可以减轻蜂窝组合梁受到的高温作用，且管道重力作用对蜂窝组合梁的变形破坏会产生多大程度的影响，都应进行进一步的分析。
总结
本文对国内外蜂窝组合梁抗火实验和有限元模拟分析进行了文献综述，指出了蜂窝组合梁在高温下的温度分布规律、破坏形式以及各种因素的影响规律，总结了蜂窝组合梁在抗火性能研究过程中遇到的问题和不足之处，展望了蜂窝组合梁在抗火方面的研究前景和发展方向。可以看出，对蜂窝组合梁抗火性能的研究较少，各种孔型以及影响因素较多，没有统一的抗火设计和理论分析，分析结果也存在较大的差别。建立切实可行的蜂窝组合梁高温承载力计算方法和计算公式，完善高温下蜂窝组合梁的分析模型，以实现对蜂窝组合梁的合理应用。 参考文献
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