火灾对钢筋力学性能的影响

简要阐明了火灾条件下,钢筋的微观结构、屈服强度、弹性模量等主要力学性能指标的变化情况,分析了火灾对建筑中最常见的预应力钢筋力学性能的影响,指出了预应力钢筋和一般钢筋在受火后的力学性能变化差异,分析了不同厚度的混凝土保护层对钢筋力学性能的保护效果.     

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。     

高温下无黏结预应力混凝土中钢绞线预应力的损失

对高温作用下无黏结预应力混凝土中钢绞线的预应力损失进行了试验研究,根据试验结果分析了高温作用下产生预应力损失的主要因素,并建立了高温作用下无黏结预应力混凝土结构预应力损失的计算模型.结果表明:在高温作用下,预应力混凝土结构会产生预应力损失,钢绞线的预应力损失随温度的升高而增大;试件完全冷却后,钢绞线的预应力损失会有所恢复,但钢绞线经历的温度越高,其恢复值就越小.受高温作用的预应力构件产生附加预应力损失的主要因素有高温作用下预应力钢筋的松弛和蠕变、混凝土的高温徐变和钢筋与混凝土的热膨胀差.高温作用下无黏结预应力混凝土结构预应力损失的计算模型可为无黏结预应力混凝土结构的抗火设计和火灾后预应力混凝土结构的评估提供参考.     

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。     

空心板梁桥火灾后承载力评估

为了研究火灾后混凝土桥梁的力学性能,以火灾后某钢筋混凝土空心板桥为工程背景,根据火灾后该桥混凝土的颜色、裂缝、脱落情况及锤击反应对桥梁进行了火灾鉴定.为评估火灾后桥梁的承载能力,还测量了该桥受火梁段在静力试验荷载作用下的挠度值、应变值及裂缝的分布状况.鉴定及试验结果表明桥梁刚度有所下降,但桥梁整体仍处于弹性阶段,并不影响结构安全.为保证桥梁长期运营的安全性,建议对梁底损伤部位进行处理.     

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。     

预应力混凝土梁桥火灾损伤分析与评定

为了分析火灾后预应力混凝土梁桥结构损伤,评定灾后桥梁安全性,本文根据应急管理要求,制定了火灾后混凝土梁桥检测评定工作流程,归纳了重点和难点。首先,通过火场调查、混凝土外观检查和烧失量检测,推定构件表面最高温度。然后,采用有限元法分析桥梁构件温度场,并探讨不同温度下混凝土材料性能损伤劣化规律,提出火灾后混凝土构件截面损伤等效代换方法,给出了截面损伤量化公式。最后,结合桥梁静载试验结果,对火灾后预应力混凝土梁桥安全性能进行评定。结果表明:三面受火下混凝土T梁马蹄处温度场成指纹线分布,且温度沿着深度方向成非线性递减,有限元法计算得到的梁体表面温度与外观检查、烧失量推定结果基本一致。当量升温时间为60 min时,混凝土损伤沿表面深度逐渐递减,预应力钢筋工作性能未发生明显改变,火灾对梁体整体刚度影响不大。本文所提出的构件温度场检测分析方法和截面损伤等效计算方法可为类似桥梁火灾后检测评估提供参考。     

混凝土火灾损伤的红外热像检测与评估

根据红外检测原理，采用红外热像技术对混凝土火灾操作进行实验研究，给出了火灾损伤混凝土红外热像平均温升随时间的变化曲线，建立了混凝土红外热像平均温升与其受火温度及强度损失的回归方程，并运用上述检测模型对实际火灾损伤的混凝土构筑物进行了检测和评估。     

组合楼板连续板不同受火工况的有限元分析

采用有限元法对组合楼板连续板在火灾下的结构响应进行模拟,研究了组合楼板三跨连续板在3种不同受火工况下的变形特征、裂纹产生和内力变化规律;分析了负筋长度对连续板火灾行为的影响.结果表明:连续板为超静定结构,受拉钢筋处于低温区,能充分利用其强度,抗火性能优于简支板;连续板的火灾行为与受火工况密切相关;从变形角度看,中跨受火时,耐火性能最好;中、边两邻跨同时受火时,耐火性能最差;支座反力随火灾温度的变化,反映了结构内力的重新分布规律;复杂受火条件下的结构响应一般不能由相应的简单受火条件下结构响应的叠加得到;负筋截断处为塑性铰最容易出现的位置;负筋长度影响楼板的变形形态和变形过程,但对最终挠度影响不大;为提高抗火性能建议负筋长度取为板跨的1/2～2/3.     

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.     

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。     

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。     

高温(火灾)下T形截面钢管混凝土柱轴压承载力研究

对高温(火灾)下T形截面钢管混凝土柱轴压承载力进行研究,运用截面叠加法对T形截面钢管混凝土柱进行分析,结合有限元数值模拟,得出T形截面柱沿高度方向的位移变化情况,结果表明:火灾前45分钟T形钢管混凝土柱由于钢管裸露受火后承载力迅速下降,因此T形钢管混凝土柱设计时必须考虑涂防火材料;高温火灾环境对T形截面柱的力学性能有较大影响,T形截面柱的轴向压缩变形随温度的升高逐渐增加;随着受火时间的增加,T形柱轴向变形的速度在不断减缓,可认为T形截面钢管混凝土柱在高温火灾下的承载力理论计算值与临界荷载值的差异逐渐减小,该方法通过有限元验证了其正确性。     

无粘结预应力RPC简支梁受弯性能分析

活性粉末混凝土是一种新型超高性能混凝土材料,为了详细评估非预应力筋配筋率、预应力筋配筋率、混凝土强度、非预应力筋屈服强度等对预应力混凝土梁的受弯性能的影响,建立了上述各种参数影响下的无粘结预应力砒,C简支梁的有限元模型。通过对比分析研究得出随着非预应力筋配筋率和无粘结预应力钢绞线配筋率的提高,跨中极限弯矩增大,跨中极限挠度和钢绞线应力增量降低;随着非预应力筋的屈服强度、混凝土轴心抗压强度的提高,跨中极限弯矩和挠度也缓慢增大,力筋应力增量相应增加。为实际工程预应力RPC结构的优化设计提供参考数据。     

混凝土梁桥过火后预应力损失

火灾中产生的高温对预应力结构有较大影响,因降低结构的有效预应力,导致过火后受拉外缘压应力储备降低,结构提前开裂,影响结构使用性能和耐久性。为快速确定预应力混凝土梁过火后的有效预应力,以某省过火后拆除的32片梁为样本,通过实测过火后混凝土梁桥钢绞线永存应力,获得剥落深度比与预应力损失比的回归公式,选用极限承载能力试验及有限元数值分析验证该公式的适用性。结果表明,火灾后梁板预应力钢束出现应力损失,当混凝土剥落深度超过1/3钢绞线净保护层时,预应力损失不可忽略;先张法预应力混凝土结构,抗火设计应适当提高钢绞线保护层厚度;当混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时,预应力损失率达10%,严重影响结构刚度。     

高强混凝土高温后的红外热像检测

为研究高强混凝土遭遇火灾后产生的损伤破坏情况,根据红外热像检测原理,对高温作用后的素混凝土和聚丙烯纤维混凝土进行红外检测,并进行了抗压强度试验。通过对试验结果的分析计算,建立了掺聚丙烯纤维前后的高强混凝土试块红外热像平均温升与受火温度和抗压强度损失率的关系。分析结果表明,随受火温度的升高,素混凝土和聚丙烯纤维混凝土的红外热像平均温升基本上处于上升趋势,而抗压强度降低,500℃时强度损失率达到50%,600℃以后,聚丙烯纤维混凝土的强度损失率更是达到75%左右,表明试块损伤趋于严重。通过建立平均温升与受火温度、抗压强度比之间的回归方程,可鉴定火灾后混凝土的火灾温度、结构损伤程度,有利于及时修复灾后建筑物。     

服役20年的PC空心板梁抗弯承载力分析及试验研究

为了研究服役多年的桥梁在荷载作用下的抗弯承载力及破坏模式,以某桥为背景,对该桥2片运营20年的预应力混凝土空心板梁的耐久性和材料强度进行试验。采用两点对称加载对其进行破坏试验,并用有限元软件Abaqus对整个非线性过程进行数值模拟,对此类桥梁从弹性到破坏全过程进行试验研究和分析。结果表明:运用Abaqus能够较好的模拟出试验梁的受力全过程;且与试验得到的抗弯极限承载力吻合良好。服役20年的桥梁材料性能和强度仍能符合规范要求;此类先张法PC空心板梁中预应力筋的应变随有效长度的不同而不同,相同位置处,预应力筋有效长度越长,钢筋应变越大。     

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。     

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。     

整跨火荷载下PC薄壁多室变宽箱梁桥的变形

针对火荷载作用下预应力混凝土薄壁多室箱梁桥的变形状况,基于温变模型和材料的热力参数,利用大型空间有限元程序ANSYS分析了三跨火荷载作用下预应力混凝土薄壁多室变宽箱梁桥的变形,研究了三跨受火、单跨加载和三跨受火、多跨加载模式,并分析了各模式三跨跨中最大挠度在单荷载比下随延火时间的变化规律。研究结果表明:整跨受火、单跨加载或多跨加载模式下,中跨跨中挠度在延火前期均下挠,延火后期有返挠和走平趋势;第一跨和第三跨的跨中挠度在整个延火期内随延火时间呈下挠趋势,均大于第二跨跨中挠度,延火前期第一跨跨中的挠度稍大于第三跨跨中的挠度,延火终期以第三跨的挠度值最为显著。三跨挠度值受箱梁的变宽结构形式、火荷载模式影响较大。