混凝土薄壁箱梁高温冲击模式及时变效应研究

针对混凝土薄壁箱梁的耐火性能,综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的多种参数,密度、导热系数、比热容以及混凝土的初始湿度,给出含有潜热函数的高温冲击模式,利用数值模拟程序分析了火灾高温下混凝土薄壁箱梁的温度分布,研究了荷载比、保护层厚度对ISO834标准火灾升温过程中混凝土薄壁箱梁变形的时变效应规律.研究表明:保护层厚度、荷载比和火灾时间对混凝土薄壁箱梁挠度影响较大;增加混凝土保护层厚度,可有效提高火灾下混凝土薄壁箱梁抵抗竖向变形的能力,并且保护层厚度与挠度之间保持非线性关系;挠度随荷载比的提高呈非线性增长趋势;火灾时间越长,挠度递增幅度越大.     

钢筋混凝土梁火灾下抗剪性能的试验研究

对5根足尺钢筋混凝土简支梁进行了标准火灾试验,研究了钢筋混凝土梁火灾下的抗剪性能,得到了火灾中梁内混凝土的温度分布、纵筋和箍筋的温度变化、梁的竖向挠度、梁端的轴向变形以及梁的破坏模式,对比分析了不同混凝土保护层厚度、剪跨比对梁耐火极限的影响。结果表明:与常温下不同,提高混凝土保护层厚度可以显著提高钢筋混凝土梁火灾下的抗剪性能。受火条件下,随着剪跨比的减小,梁发生斜截面剪切破坏的耐火极限逐渐增加,但破坏时的脆性特征更加明显。     

高温下钢筋混凝土框架梁抗剪性能研究

为了研究高温下钢筋混凝土框架梁的抗剪性能,建立了框架梁的非线性有限元分析模型,采用恒载升温的方式,对高温下钢筋混凝土框架梁的抗剪性能进行模拟,分析了不同混凝土强度、剪跨比及混凝土保护层厚度对钢筋混凝土框架梁抗剪性能的影响。结果表明:减小剪跨比和增大混凝土保护层厚度能显著提高框架梁高温下的抗剪性能,在相同条件下,剪跨比为1.5的框架梁的耐火极限比剪跨比为2.3的框架梁的提高45%,剪跨比为2.3的框架梁的耐火极限比剪跨比为3.0的框架梁的提高50%;混凝土保护层厚度每增加10 mm,框架梁的耐火极限约提高20%。随着混凝土强度的增加,框架梁高温下的抗剪性能得到提高,但提高效果不够明显。工程设计时,适当提高混凝土强度、减小剪跨比、增大混凝土保护层厚度是提高钢筋混凝土梁抗剪性能的有效措施。     

锈蚀钢筋混凝土梁的受弯分析模型

以锈损率较低的钢筋混凝土简支梁为对象,在平截面假定基础上,提出考虑钢筋、混凝土材料性能劣化和几何尺寸变化的受弯承载力计算公式;采用换算截面法计算锈蚀钢筋混凝土梁的等效刚度,给出考虑锈蚀钢筋、混凝土二者间黏结性能退化的有效刚度计算公式,建议锈蚀钢筋混凝土简支梁在集中荷载作用下跨中挠度的计算方法,并通过39根锈蚀钢筋混凝土梁的试验数据对建议受弯分析模型验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.100,方差为0.041,二者吻合较好;多数锈蚀试件按受弯分析模型计算得到的荷载-跨中挠度曲线与试验曲线吻合较好,变化趋势相当,建议受弯分析模型可为锈蚀钢筋混凝土梁的全过程受力分析提供参考。     

火灾后预应力混凝土连续板力学性能试验与分析

完成了7块火灾后两跨无黏结预应力混凝土单向连续板受力性能试验.基于试验结果,拟合出火灾后预应力混凝土连续板中无黏结筋剩余应力、极限应力的计算公式,提出了火灾后预应力混凝土连续板正截面承载力计算公式.根据火灾下温度场分布沿板厚方向将截面分条带,引入火灾后钢筋、混凝土本构关系,基于截面轴力、弯矩平衡,获得了火灾下预应力混凝土板任意截面的弯矩-曲率关系全曲线.基于支座变形协调方程,可用割线刚度法对支座反力进行迭代求解,计算板在外荷载(曲率荷载)与支座反力共同作用下的弯矩、挠度和支座位移,进而对截面曲率积分可求得连续板的变形.试验结果表明:初始有效应力越高、受火时间越长,火灾后连续板预应力钢丝应力损失越严重;保护层厚度越小、受火时间越长、荷载水平越大,火灾后板跨中截面承载力降低幅度越大;受火时间越长、荷载水平越大,板中支座截面承载力降低幅度越大.     

钢筋混凝土双向板耐火性能研究

利用有限元软件ABAQUS对高温下钢筋混凝土双向板三维瞬态温度场和三维力学性能进行非线性分析,数值模拟结果与文献结果吻合较好。在此基础上,分析影响钢筋混凝土双向板耐火性能的主要参数,包括跨高比、保护层、荷载比、配筋率、混凝土的抗压强度和抗拉强度。研究结果表明:保护层、荷载比、配筋率和抗拉强度对钢筋混凝土板耐火极限影响较大;混凝土板在高温时产生的张拉薄膜效应对耐火性能的提高有很大的有益作用;控制荷载比、提高配筋率、适当加大保护层厚度和提高混凝土的抗拉强度是提高钢筋混凝土板耐火性能的有效措施。     

钢筋混凝土简支梁的耐火极限

编制了普通／高强混凝土简支梁高温反应的全过程分析程序，程序中近似考虑了高强混凝土的爆裂效应，程序的有效性得到了其他学者试验结果的验证．文中针对不同荷载比、混凝土保护层厚度、跨高比和配筋率共288种工况，进行普通／高强混凝土简支梁的高温反应分析，揭示了各主要参数对上述两类简支梁耐火极限的影响规律，并对两者进行对比．通过计算，定量地给出了两类简支梁耐火极限的简化确定方法．结果表明：高温爆裂对高强混凝土简支梁的耐火极限影响显著；严格控制荷载比和适当增加混凝土保护层厚度是提高普通／高强混凝土简支梁耐火极限的有效措施．     

局部火灾下混凝土箱梁悬臂板变形与有效分布宽度

针对受火后混凝土箱梁悬臂板的挠变与塌裂耦合灾害,利用热-力耦合方法对局部火灾模式下混凝土箱梁高温场、悬臂板变形及有效分布宽度进行了分析,研究了混凝土箱梁单侧局部火灾高温强热模式,计算了此模式下混凝土箱梁横桥向和纵桥向温度场的分布状态,分析了迎火面和背火面悬臂板变形和有效分布宽度随延火时间与荷载比的变化规律。研究结果表明:箱梁单侧腹板和翼缘板下侧受火,迎火面温度相对其他部位较高,背火区温度无变化,火温从箱形截面外侧到内侧呈明显的半渗层状梯度分布;顺桥向温度梯度线以强热区为中心沿跨径呈层流状分布,火灾的局部效应显著;迎火面悬臂板挠度随延火时间的增加逐渐增大,背火面悬臂板挠度随延火时间的增加直线下降,迎火面悬臂板挠度变化趋势明显大于背火面悬臂板挠度的变化趋势,并且挠度随荷载比的增加呈非线性增长关系;迎火面悬臂板有效分布宽度随延火时间的增加而减小,背火面悬臂板有效分布宽度随延火时间的增加而增大。研究可为桥梁的抗火设计实用方法的提出与火灾后桥梁加固提供依据。     

火灾下钢筋混凝土梁极限承载力分析

为研究火灾作用下钢筋混凝土梁在不同设计参数下极限承载能力变化特点,对混凝土梁抗火设计提供参考,通过ABAQUS有限元软件,建立钢筋混凝土梁瞬态热分析模型计算梁体火灾下温度场分布,并采用顺序耦合分析方法对梁体进行承载力分析。计算结果显示,梁体截面配筋率及保护层厚度增加对梁体抗火性能有提高,但增加幅度有限;通过钢筋混凝土梁在火灾下承载能力设计参数定量分析得出,梁体保护层厚度增加对抗火性能提升比截面配筋率提高更加有效,并从定量分析角度验证了防火设计规范中对结构保护层厚度区间取值的合理性。     

U型截面钢-混凝土组合梁挠度计算分析

通过对8根U型截面钢-混凝土组合简支梁在静力荷载作用下的受弯试验,探讨U型截面钢-混凝 土组合梁挠度理论计算与试验结果的吻合,并分析不同高跨比、钢板厚度和混凝土强度对挠度的影响．