火灾后预应力混凝土小箱梁桥承载能力评估

预应力混凝土桥梁火灾事故时有发生,火灾产生的高温对桥梁造成不同程度的损伤,影响梁体的承载能力和正常使用,快速评估火灾后桥梁承载力成为关键问题.以某火灾后预应力混凝土小箱梁桥为例,采用科学高效的检测手段,依据火灾后桥梁构件的损伤特征,提出简便实用的承载能力评估方法,为桥梁后续处置提供科学依据.     

含钢率对混凝土截面温度场分布的影响

将钢筋的圆形截面等效为面积相等的方形截面,采用四边形单元建立配置钢筋、型钢的混凝土截面的二维温度场分析模型,分析纵筋配筋率、型钢含钢率对混凝土截面温度场分布的影响.算例计算结果表明:钢筋对截面温度场分布计算结果影响较小,钢筋的存在使保护层内混凝土的温度降低,核心混凝土的温度升高,忽略钢筋对截面温度场分布的影响是合理的.型钢对截面温度场分布的计算结果影响较大,受火180min内混凝土截面内型钢翼缘中心处和截面形心处温度计算结果最大分别相差17.1℃和98.7℃;高温下型钢混凝土构件的抗火性能研究中,需要考虑型钢对截面温度场分布的影响;型钢混凝土构件火灾灾后性能评定中,核心型钢的力学性能可基本恢复.     

岩相分析综合法检测火灾后混凝土结构的损伤

火灾对建筑物的破坏主要是高温作用,要确定遭受火灾后钢筋混凝土构件的受损伤程度必须确定构件的受火温度。该文介绍了火灾后混凝土结构的检测,采用了岩相分析等方法准确地判定受火温度,并通过多种手段结合对结构受火后混凝土和钢筋的强度进行推定,评定结构受损程度。     

车致火灾作用下预应力混凝土T梁易损性计算方法

为了对车致火灾下预应力混凝土T形截面梁桥进行抗火性能评估,利用响应面分析法建立响应面函数(RSM)来模拟结构的非线性有限元分析,用蒙特卡洛抽样(MCS)来模拟参数的随机性,然后建立了基于响应面函数以及蒙特卡洛模拟(RSM-MCS)的车致火灾易损性分析方法。该方法中将桥梁构件的损伤等级划分为轻微损伤、中等损伤、严重损伤、完全损伤4个等级,用构件的剩余承载力定义其损伤度,并根据已有的试验和理论成果定义不同损伤状态的界定标准;研究火灾和结构自身参数的随机性问题,并基于中心复合试验设计对参数进行抽样,形成试验样本和检验样本,建立基于RSM-MCS的易损性分析方法,并以此开展预应力混凝土T形截面梁的易损性分析。研究结果表明:基于构件剩余承载力的易损性指标满足了不同破坏模式的需求,其界定标准反映了不同构件的损伤状态;火焰温度、火灾燃烧时间及火焰距受火面的距离3个参数能够很好描述火灾对结构作用的随机性;中心复合试验设计显著减少了复杂的有限元计算;在充分考虑火灾和结构不确定因素的情况下,易损性曲线能较好地反映T形截面梁在不同温度及不同损伤状态下的失效概率;车致火灾作用下预应力混凝土T梁易损性计算方法研究可为其灾前风险评估及灾后性能评估提供依据。     

单面受火的矩形钢管混凝土柱截面温度场分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度场计算模型,并将计算结果与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,对单面火灾和四面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度分布形式进行了对比分析,分析表明,单面火灾作用下,矩形钢管混凝土柱截面温度整体较低,材料损伤程度较轻,因而有利于提高构件的抗火性能.但截面温度分布呈单轴对称,产生初始挠度与附加偏心距,明显区别于四面火灾作用下构件的耐火性能.在工程常用范围内,分析了升温时间、含钢率、截面宽度、高宽比、保护层种类及厚度等参数对矩形钢管混凝土截面温度场的影响规律.结果表明:升温时间、截面宽度、保护层种类及厚度对矩形钢管混凝土温度场影响较大.温度场研究结果为单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱耐火性能分析和抗火设计提供了理论基础.     

油罐车火灾下考虑混凝土高温爆裂的PC箱梁承载能力

针对油罐车火灾对预应力混凝土桥梁的破坏过程,选取桥梁工程建设中应用较为广泛的预应力混凝土(PC)箱梁为研究对象,建立油罐车火灾下预应力混凝土箱梁桥混凝土高温爆裂的"三级指标",并设定了相应油罐车火灾下混凝土的爆裂场景,采用单元生死技术模拟混凝土高温爆裂特征,分析考虑混凝土高温爆裂的预应力混凝土箱梁截面温度场的完整分布形态,计算混凝土不同高温爆裂指标下的预应力混凝土箱梁极限承载能力,拟合并建立计算公式。研究结果表明:截面关键点的温度曲线呈三阶段上升趋势;爆裂导致混凝土截面的温度在传导过程中产生突变,温度分布以爆裂后截面形态分层递进;混凝土的高温爆裂使钢束、钢筋的强度显著下降;混凝土的爆裂深度越大,正截面抗弯承载能力下降越快;混凝土发生重度爆裂,延火时间180min时,箱梁跨中截面的抗弯承载能力从未爆裂时的60.73%降至14.87%,箱梁L/4截面(L为跨径)的抗弯承载能力从未爆裂时的64.37%降至19.37%;混凝土高温爆裂不同深度下预应力混凝土箱梁桥抗弯承载能力衰变呈现多阶段特征。混凝土爆裂对预应力混凝土箱梁的截面温度分布和抗弯承载能力影响显著,提出的考虑爆裂的承载能力计算公式简单实用。     

基于有限元的在役桥梁综合损伤评测法

为研究在役桥梁遭受混凝土开裂、钢筋锈蚀、预应力缺损等诸多病害作用下梁体的实际刚度分布状况,根据平截面假定及有限元基本原理,推导梁桥纵向刚度分段求解方程组.借助室外实梁试验,通过施加跨中集中荷载,读取纵梁各代表性分段测点挠度值以修正桥梁纵向刚度.分析结果表明:由于损伤原因及损伤程度各不相同,实际梁体刚度分布随纵向分配区域...     

火灾下钢筋混凝土梁桥高温场形变分析

利用数值模拟程序分析了火灾高温下钢筋混凝土矩形截面简支梁任意时刻的温度场分布,研究了保护层厚度、荷载等级对火灾下的钢筋混凝土简支梁高温场时程形变的影响规律,建立了钢筋和混凝土的内力积分模型,以等比数列推导了非线性加速迭代方程.研究表明:截面温度分布与测点至梁体表面距离相关;保护层厚度对钢筋混凝土简支梁跨中挠度影响较大;火灾场钢筋混凝土简支梁跨中挠度时程曲线随荷载等级的增加呈非线性增长趋势,挠度时程曲线增大的程度随保护层厚度增加而减小;增加混凝土保护层厚度,可有效提高火灾场钢筋混凝土梁桥的耐火极限,控制其变形.     

强度减损下混凝土箱梁预应力高温损失分析

为明确火灾下混凝土桥梁预应力的衰变幅值与高温之间的变化关系,采用热力耦合计算方法,基于强度损失的虚拟层截面等效原理,设定火灾下混凝土箱梁预应力火灾高温分析工况,研究单面火灾和三面火灾模式下混凝土箱梁的截面温度场分布状况,计算不同延火时间混凝土箱梁预应力沿程(沿桥梁跨径)分布状态,揭示强度减损下混凝土箱梁预应力火灾高温沿程损失规律。研究结果表明:箱梁底板受火,温度大致呈水平层状分布;箱梁底板和两侧腹板受火,温度呈U形分布,并且多面受火时的温度峰值大于单面受火时的温度峰值;随着延火时间的增加,高温层逐渐向内扩展并且扩展宽度递增;延火全程中,相对处于腹板上部,处于腹板下部的钢束预应力沿程损失较大,四分点的预应力损失值较其他部位大,大约是其他部位的1.1倍;跨中的预应力损失增长幅度相对较大,增长幅度最大值约为9.4%;锚下预应力损失值最小;整个延火过程中,沿程预应力损失呈倒W形。     

运营期桥梁火灾后结构检测成套技术

为了对桥梁结构火灾后的状态进行检测评定,在传统检测方法的基础上,结合火灾事故特点,对结构进行针对性检测与评估,并第一时间评定桥梁承载能力的受损程度,评判其是否影响行车安全。依托典型的实际工程案例进行了较为系统的阐述,具体包括检测方法、监测手段、成果分析、管养建议等。在常规外观检查方法的基础上,采用3D扫描技术对受损结构进行实体建模分析,定量分析病害开展部位及损伤程度,并对混凝土、钢筋等主要材料的劣化部位进行了取样分析,分别在现场和实验室对桥梁受损状况进行了综合性评价;从结构整体姿态角度对桥梁进行跟踪监测,预警火灾损伤对结构安全可能带来的不利影响,进一步保证桥梁后续运营安全;依据现场检测数据及理论分析,对桥梁受损结构温度场、材料退化程度、损伤等级、承载能力等方面进行了分项评定;并从病害维修及后续管养等角度分别提出了较为合理和针对性的处治意见。最后,根据此类项目特点,总结相关技术经验,研究形成了运营期桥梁火灾后结构检测成套技术。研究结果表明:火灾后混凝土强度和钢筋性能的实际劣化程度比规范推定结果要小,应依据实际情况对桥梁承载能力现状进行折减和准确评价;提出的成套技术的有效运用,可在一定程度上提高火灾后结构检测评定的效率和准确性,是现有检测技术和规范的有效补充,该研究为类似事故桥梁的运营管理决策提供了一定的理论依据。     

混凝土结构抗火研究综述与建议

为了促进混凝土结构抗火研究的发展,从火灾温度场发展过程、混凝土结构抗火性能与抗火设计、火灾后结构损伤评估与加固修复、混凝土结构抗火性能提高方法等4个方面出发,总结混凝土结构抗火研究成果,指出研究中存在的问题并展望了其发展趋势。从空气、结构温度场2个方面归纳了火灾温度场研究方法,总结不同参数对混凝土材料、构件、结构高温性能的影响规律,分析现有混凝土结构抗火设计方法的应用以及其优点和不足,梳理火灾后结构损伤评估流程,分析火灾后实际工程损伤评估与加固修复案例,并对现有火灾后结构损伤检测和维修加固方法进行总结,最后,从材料及构造2个方面总结提高混凝土结构抗火性能的方法。研究表明:高温下混凝土结构力学性能劣化严重,掺加纤维、调整原材料配合比和应用合理构造措施可提高混凝土结构抗火性能,掺聚丙烯纤维可有效避免高性能混凝土高温爆裂。后续应重点研究高温下大空间混凝土结构温度场分布,材料高温性能随机性对混凝土构件力学性能的影响规律,不同温度-荷载路径及反复升降温对结构和构件高温性能的影响,科学的混凝土结构火灾损伤评估体系,结构抗火可靠度设计理论研究和高性能混凝土结构抗火设计方法等方面。     

火灾后钢-混凝土组合梁承载能力评价方法

针对钢-混凝土组合梁遭遇火灾后的安全问题,采用火灾场景反演方法和火灾高温场推定方法,建立了火灾后钢-混凝土组合梁的安全评价方法。以三跨钢-混凝土组合连续梁为研究对象,首先,根据遭遇火灾后的现状反演桥梁纵向受火位置、受火长度和空间受火位置,构建火灾场景数据库。其次,通过火灾后钢-混凝土组合连续梁外观特征推测桥梁遭遇火灾时的受火温度,采用ANSYS有限元软件分析了经历不同火灾场景后钢-混凝土组合连续梁的荷载-位移曲线,从而得到其极限承载能力的衰退曲线。最后,对钢-混凝土组合连续梁剩余承载能力与恒载和活载作用下的作用效应对比,定义了承载能力损伤分级评定标准。研究结果表明:钢-混凝土组合连续梁遭遇的火灾温度越高、受火长度越长,承载力损失越大;中跨跨中遭遇火灾后的钢-混凝土组合连续梁损伤程度最低,中支点和边跨跨中遭遇火灾后损伤程度较高;中跨跨中遭遇火灾后仅温度达到1 000℃时部分工况承载能力为Ⅱ级损伤,中支点和边跨跨中在同样受火温度下已有工况承载能力达到Ⅳ级损伤;桥面发生火灾后钢-混凝土组合连续梁损伤程度较低,桥面桥下同时遭遇火灾后损伤程度远高于桥面火灾;桥面遭遇火灾后仅温度达到800℃后部分工况承载能力损伤达到Ⅱ级,桥面桥下同时遭遇火灾后在温度达到900℃时部分工况承载能力已达到Ⅲ级损伤。建立的火灾后钢-混凝土组合梁分类分级安全评价方法简单实用。     

火灾作用下预应力连续梁桥的力学性能分析

为研究火灾对预应力连续梁桥力学性能的影响,以福建某受火连续箱梁桥为背景,参考桥梁火灾的现场资料,确定模型的边界条件,选取适当的混凝土、预应力筋本构模型,考虑混凝土及钢筋热工参数随温度的变化,通过对火灾时桥梁的瞬态温度场分析,得出温度随时间和空间的变化,并分别比较在自重作用下以及车道荷载作用下火灾前和火灾时桥梁的力学性能变化,研究火灾对桥梁中混凝土、预应力筋等材料的影响.结果表明,对大跨度桥梁结构来说,火灾后,结构的传热速度相对较慢,热量从受火面向非受火面逐渐扩散,温度呈平流状分布;火灾发生后,混凝土材料强度的损失要远远高于预应力筋强度的损失.     

火灾条件下混凝土柱温度场的数值模拟分析

采用非线性有限元方法对火灾时混凝土构件的温度场进行了仿真计算,计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上计算了多种火灾情况下混凝土受压柱的温度分布情况,为灾后建筑物的检测评定与加固设计提供了一定的依据。     

对预应力空心桥墩混凝土强度评价方法的探讨

混凝土强度是评定混凝土结构受力性能和耐久性的关键因素之一，也是评定结构工作性能的主要参数。为了判定某铁路桥梁预应力空心桥墩混凝土劣化程度，分别采用回弹法、超声回弹综合法和钻芯法对墩身预应力空心拼块混凝土强度进行检测，推定长龄期混凝土强度值来评定空心墩混凝土强度，并对3种评定方法进行了对比探讨，为类似结构的混凝土强度评定给出最优方案，给桥梁的维修加固提供依据。     

基于钢束应力测试的预应力混凝土箱梁承载力评估方法

为了解决在役开裂损伤预应力混凝土箱梁桥安全性能的量化评估问题,在局部预应力钢束有效预应力测试的基础上,开展开裂损伤预应力混凝土箱梁桥承载力评估方法研究。首先,基于参数识别与修正思想,将预应力瞬时损失中的摩阻损失和反摩阻损失值用摩阻损失相关参数表示,提出一种基于表层钢束应力推定内层钢束应力的方法,解决预应力混凝土桥梁钢束沿程实际应力分布的量化表达问题。其次,考虑截面受拉区混凝土抗拉强度影响,推导考虑受拉区混凝土开裂影响的截面分析迭代公式,提出迭代求解方法和步骤。最后,开展3片实梁足尺模型试验,采用预应力钢索张力测试仪对开裂损伤的试验梁跨中截面表层钢束进行了应力测试,并将提出的方法应用于钢束有效应力预测,得到了跨中截面所有钢束的应力推定值。进行了桥梁极限承载力试验,得到全过程加载下的结构受力与变形实测值及破坏模式,并将理论算法与试验测试结果进行对比分析。研究结果表明:各级荷载下的试验梁应变理论计算值与试验测试值具有较好的一致性,提出的钢束应力预测方法和截面分析方法能准确反映开裂损伤预应力混凝土箱梁的力学特征,可用于开裂损伤的预应力混凝土箱梁桥运营期间承载能力的量化评估。     

高温下预应力混凝土板温度场及力学性能的数值分析

对高温（火灾）下预应力混凝土简支板利用Ansys数值模拟板的温度场及应变,与已有试验对比得出高温下预应力构件温度场及力学性能通过Ansys软件有限元分析的可行性;对一预应力混凝土板进行数值模拟,得出板在单面受火过程中温度场变化的规律及其跨中应变随时间一温度的变化。     

预应力混凝土桥梁抗火研究综述

为了促进中国桥梁工程抗火研究领域的全面发展,加快预应力混凝土桥梁的抗火研究,回顾了国内外桥梁火灾的典型事故以及发生特点,强调了油罐车火灾对桥梁结构威胁的严重性,总结了预应力混凝土桥梁的火灾特点,对其抗火研究存在的问题进行了梳理,包括其材料高温特性、高温爆裂现状,火灾下桥梁预应力的存在状态及其试验与测试方法,火灾全过程中预应力混凝土桥梁力学性能的数值模拟与仿真,预应力混凝土桥梁的耐火极限,火灾后预应力混凝土桥梁的损伤评估加固及桥梁抗火研究的工程应用。从性能退化机理与极限垮塌行为、复合单元的研发与计算机仿真技术、收敛点的获取、火灾试验方法与测试技术、损伤评估精准模型和抗火设计方法的提出,五大方面给出了预应力混凝土桥梁抗火研究亟待解决的问题和更新目标,以期对桥梁工程抗火方向的学术研究提供新的视角和基础资料。     

薄壁槽型钢-混凝土梁在标准火灾下的温升特性

对薄壁槽型钢-混凝土组合梁在标准火灾下的温度响应及耐火性能进行研究.采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS热分析程序,对薄壁槽型钢-混凝土构件在火灾下的温度场进行分析与计算.结果表明,在ISO-834标准升温曲线下,组合梁截面的温度分布是不均匀的,单纯地用给定临界温度来判定构件是否失效不合理.此外,填充混凝土能有效改善钢构件的温度场变化规律,在升温前期,填充混凝土的薄壁槽型钢-混凝土组合梁的温度显著低于未填充的型钢梁,降幅达30%~60%.     

预应力混凝土箱梁桥温度场的研究

连续刚构箱梁桥横截面的非线性温度变化,使其产生纵向应力,这些应力可能达到,甚至超过由活荷载引起的应力,从而使结构构件出现温度裂缝。需要提出一种实用的计算方法,用于模拟预应力混凝土梁桥横截面的温度分布,建立其与结构几何形状、所处地理位置、桥梁走向、材料特性和当地气候条件之间的关系,并提出适合广州地区的气候参数的计算公式。该方法可作为使用有限元法分析桥梁温度应力的边界条件。