浅析火灾后预应力T形混凝土梁剩余承载能力

文中分析了不同冷却形式对火灾后混凝土和钢筋的力学性能的影响;在热传导理论基础上,对高温下混凝土梁截面温度场分布进行了分析,并采用无限大物体一维热传导方程的解作适当修正后的公式作为梁截面温度场计算公式,在结合分层法的基础上,推导了火灾后在不同冷却方式下无粘结预应力T形混凝土受弯构件残余承载力计算方法 ;为研究和分析无粘结预应力T形混凝土结构高温抗火性能及灾后加固修复安全性提供了坚实的理论依据。     

预应力钢带加固火灾后钢筋混凝土T型梁抗剪性能研究

为研究预应力钢带加固受火后钢筋混凝土T型梁的抗剪性能,共完成了11根火灾后加固混凝土T型梁试件和1根未受火对比梁试件的试验研究,其中火灾试验在火灾试验炉中按ISO 834标准升温曲线进行。通过试验研究,着重考察预应力钢带间距、预应力钢带层数、火灾试验受火时间等关键参数对火灾后加固混凝土梁受剪破坏形态和受剪承载能力的影响规律。试验研究结果表明:不同加固度的火灾后加固试件抗剪承载能力比未受火未加固试件抗剪承载能力提高20%~50%,有效提高了火灾后混凝土梁抗剪承载能力,同时预应力钢带加固还能有效改善试件剪切破坏开裂性能和变形性能,有效提高加固试件的延性性能。     

预应力混凝土结构抗火性能的研究进展

对预应力混凝土结构抗火性能的国内外最新研究进展进行较系统的综述与分析:研究预应力高强钢丝、钢绞线和新型纤维增强塑料(FRP)筋在高温下以及高温后的受力性能,总结相应的计算模型;探讨预应力混凝土梁和预应力混凝土板的抗火性能,并重点分析预应力混凝土框架在火灾作用下的受力特性;最后,对今后预应力混凝土结构抗火性能研究的发展趋势作了展望。     

自然火灾下预应力混凝土构件的计算研究

正意大利研究人员开展了自然火灾作用下预应力混凝土构件受弯性能研究。考虑了升降温的影响,采用常用的高温下混凝土、普通钢材和预应力钢材的本构模型,以及材料在卸载和冷却时的性能变化。对典型截面的预应力构件进行了参数分析。研究表明:对于火灾中大截面预应力混凝土     

火灾条件下混凝土箱梁梁端预应力衰变规律

针对火灾下混凝土梁桥截面损伤所导致的梁端预应力损失问题,研究了火灾高温传导模式和热传导混合边界条件,设定了预应力混凝土箱梁的火灾场景,给出了混凝土高温强度与刚度的衰减模型和烧损层计算方法;采用热力耦合计算方法和子模型分析方法计算了不同火灾场景中混凝土箱梁梁端区域钢束预应力时程变化曲线;通过工程实例分析了混凝土箱梁梁端截面不同钢束预应力的时变状态,揭示了火灾条件下混凝土箱梁梁端预应力衰变规律;通过曲线的最优与最差拟合及比较分析,提出了混凝土箱梁梁端预应力衰变计算公式。结果表明:处于箱梁梁端腹板上部的钢束预应力变化趋势受梁底部火灾面积的影响,梁底部受火面积较小时,随延火时间的增加逐渐增大,增加趋势平缓,梁底部受火面积增大时,随延火时间的增加平缓衰减;处于箱梁梁端腹板中部的钢束预应力随延火时间的增加始终呈减小趋势,处于腹板下部的钢束预应力随延火时间的增加下降幅度较大,延火至120 min时梁端钢束预应力的衰减终值介于常温下初值的94％~96％;提出的混凝土箱梁梁端预应力衰变计算公式简洁,可为类似预应力混凝土箱梁端部结构的抗火设计提供基础数据。     

火灾降温阶段型钢混凝土框架结构受力性能研究

在火灾降温阶段,结构构件的截面部分区域升温的同时,也有区域在降温,结构受力性能较为复杂,建筑结构更易发生倒塌破坏。为研究火灾降温阶段型钢混凝土框架结构的受力性能,通过已有火灾升降温条件下型钢混凝土框架及柱的受力性能试验,得到了构件截面的温度-时间关系曲线、结构变形-时间关系曲线,以及升降温过程中框架及柱的破坏形态。同时,采用有限元模型对升降温过程中型钢混凝土框架及柱的受力性能进行分析。结果表明：在火灾降温阶段,构件截面的升温区和降温区的范围在逐渐变化,截面的应力也随之发生变化。在此阶段,构件截面内部温度升高导致材料强度降低,截面外部处于降温区域的材料强度进一步降低,截面内外温差导致截面周围出现拉应力。上述因素的共同作用导致结构在火灾降温阶段发生破坏。相较于受火前,结构温度降至室温时结构的刚度降低、变形增加。     

受火后型钢混凝土框架结构抗震性能研究

为了给受火后型钢混凝土框架结构的性能评估及修复加固提供方法,进行了火灾后型钢混凝土框架结构的抗震性能研究。在ABAQUS平台上,采用梁单元,同时通过编制材料子程序和场变量子程序,建立了可进行型钢混凝土框架结构火灾升降温作用下的力学性能及受火后抗震性能分析的计算模型。利用该计算模型对火灾升降温作用下型钢混凝土框架结构的变形及内力进行了分析。同时,考虑起火层位置、受火时间等参数的影响,采用考虑升降温的火灾后静力非线性分析方法和动力弹塑性时程分析方法,对火灾后型钢混凝土框架结构的破坏形态、地震作用后结构承载能力、变形特征等抗震性能进行了参数分析。分析表明,火灾升降温过程中,由于结构升温的滞后性,构件的变形增长及恢复也滞后于火灾空气升降温过程,受火后构件有残余变形;针对火灾发生在某一层的火灾工况,受火后框架承受水平地震(静力)作用时,框架破坏机构出现在底部3~5层;当受火层位于底层时,受火后框架的水平地震作用后结构承载能力降低幅度最大,受火时间为180、300 min时降幅分别为8%、9%;受火层位置越低,框架顶部位移越大;随受火时间增加,框架顶部位移增大。     

Mechanical performance of steel reinforced concrete frame structures during fire including a cooling phase

在火灾降温阶段，结构构件的截面部分区域升温的同时，也有区域在降温，结构受力性能较为复杂，建筑结构更易发生倒塌破坏。为研究火灾降温阶段型钢混凝土框架结构的受力性能，通过已有火灾升降温条件下型钢混凝土框架及柱的受力性能试验，得到了构件截面的温度-时间关系曲线、结构变形-时间关系曲线，以及升降温过程中框架及柱的破坏形态。同时，采用有限元模型对升降温过程中型钢混凝土框架及柱的受力性能进行分析。结果表明：在火灾降温阶段，构件截面的升温区和降温区的范围在逐渐变化，截面的应力也随之发生变化。在此阶段，构件截面内部温度升高导致材料强度降低，截面外部处于降温区域的材料强度进一步降低，截面内外温差导致截面周围出现拉应力。上述因素的共同作用导致结构在火灾降温阶段发生破坏。相较于受火前，结构温度降至室温时结构的刚度降低、变形增加。     

某工程火灾后结构损伤评估与修复

介绍了某预应力混凝土工程及火灾简况,对火灾引起的结构损伤进行了分析。给出了受火预应力混凝土梁、混凝土双向板、混凝土柱的修复补强措施。可供相关受火工程事故分析处理时参考。     

火灾后型钢混凝土柱承载力影响因素分析

残余承载力在火灾后型钢混凝土结构鉴定加固中起着重要的作用,通过有限元方法对型钢混凝土柱进行了火灾中升温降温传热分析,编制计算程序获得了截面最高温度场,同时计算出了不同影响参数条件下的火灾后型钢混凝土柱截面Nu-Mu相关曲线。分析了不同因素对火灾后型钢混凝土柱正截面承载力的影响,结果表明受火时间对残余承载力影响显著,含钢率和钢筋配筋率对残余承载力系数影响不大,较大的截面尺寸有利于提高残余承载力。     

基于高温下钢绞线力学性能的预应力钢结构抗火分析

基于对高温下钢绞线力学性能试验成果的分析,回归出可用于理论分析和数值计算的钢绞线高温性能模型。考虑火灾下钢结构材料升温的真实时间历程,采用考虑时间积分效应的非线性有限元数值分析法,建立了用于预应力钢结构抗火分析的数值模型,并对预应力钢结构的抗火分析方法进行研究。通过算例分析探讨了钢绞线索材截面几何参数选取对结构抗火性能的影响;结合结构抗火的全过程响应,进一步分析火灾作用下预应力钢结构的抗火性能及特点。     

GFRP筋混凝土梁耐火性能计算方法

通过GFRP筋混凝土梁耐火性能的理论分析与有限元计算,提出GFRP筋混凝土结构耐火性能的计算方法。在合理选择GFRP和混凝土材料的热工参数、高温力学参数的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS建立三面受火的GFRP筋混凝土梁的高温热力学模型。经与GFRP筋混凝土梁火灾试验结果的对比验证,该高温力学模型具有较高的精确性。对影响GFRP筋混凝土梁高温力学性能的各参数进行有限元分析,结果表明,影响梁耐火性能的主要因素为梁上作用的荷载比、GFRP筋在混凝土截面的位置和受火时间。参考欧洲规范钢筋混凝土抗火性能的设计方法,提出GFRP筋混凝土构件基于力学性能的耐火设计公式。通过混凝土500℃等温线简化受火面积和GFRP筋高温强度等效换算的方式,将火灾下截面的非均匀材料力学性质转变为随受火时间变化的均匀材料,提出了不同受火时刻GFRP筋混凝土受弯构件的承载力计算式。经与有限元分析结果的对比,该计算方法精度较高,可应用于评估不同受火时刻下GFRP筋混凝土的高温承载力。     

区域火灾作用后框架结构的抗震性能分析

建筑物遭受火灾作用后,不同部位构件的损伤将导致结构整体性能会有不同程度的下降,对结构的抗震性能也有显著的影响。目前,关于火灾后建筑物的受损研究,主要集中在对梁、柱等单个构件上,对于结构的整体抗震性能研究比较少。文章以常见的三维空间杆系模型为基础,利用等效截面法估算结构构件受火后剩余承载力;采用SAP2000有限元分析软件进行建模计算,对比分析区域火灾作用后框架结构整体抗震性能的变化,总结不同区域楼层梁、柱构件分别受火对结构整体抗震性能的影响,为结构加固设计提供依据。     

预应力混凝土梁板在桥下空间火灾时的温度场与预应力筋松弛研究

通过对预应力梁板在桥下空间火灾情况下的结构温度进行模型试验和数值模拟,获得了桥梁结构在火灾下和火灾后的瞬态温度场。基于该温度场,利用预应力钢筋高温蠕变的分析方法,进一步研究了梁板内钢束的预应力损失情况。实验研究与数值模拟表明:(1)桥下火灾时混凝土桥梁结构内部温度的变化时间远大于火灾时间,因此热-结构响应的分析时间应覆盖整个温度变化过程;(2)混凝土桥梁结构内的温度远小于火场温度,混凝土保护层对主筋(束)的强度和弹性模量有较好的抗火保护作用;(3)火灾后梁板预应力钢束将出现预应力损失,火场温度越高,预应力损失越大。可以在火灾时间与火场温度调查的基础上,分析火灾后的预应力损失,从而为灾后桥梁性能评估打下基础。     

城市隧道混凝土墙火灾行为数值模拟研究

为探究火灾作用下城市隧道混凝土墙的火灾行为规律,用有限元软件ABAQUS 建立三维混凝土墙数值模型,对其结构温度场分布进行数值模拟,分析得到墙体厚度、保护层厚度、火灾荷载比等因素对墙体变形的影响规律。结果表明：在火灾高温作用下,城市隧道混凝土墙受火面温度迅速升高,且由于混凝土的热惰性,内部会形成较大的温度梯度;混凝土墙体单面受火时的挠度变化规律可分为三个阶段,且火灾高温作用引起材料性能急剧劣化造成的截面中和轴偏移是影响墙体挠度变化的主要原因;混凝土墙体厚度、保护层厚度及火灾荷载比等因素对混凝土墙的火灾行为及其耐火性能均有一定影响,同时墙体挠度随火灾持续时间的增加而增大。     

有粘结与无粘结预应力混凝土框架结构抗火性能比较研究

从平面框架结构入手 ,通过试验分析 ,对比研究了有粘结和无粘结预应力混凝土结构在不同温度、不同荷载、不同预应力度及不同张拉应力下的火灾反应。研究了预应力混凝土结构在火灾中的特性 ,提出了提高预应力混凝土结构抗火性能的一些建议。     

玻化微珠保温砂浆在防火构造中的应用

介绍了玻化微珠保温砂浆的抗火性能及其在结构防火构造的相关应用.通过有限单元分析软件ANSYS对三面受火作用下的玻化微珠整体式保温隔热建筑中混凝土梁进行耐火分析,得出不同时刻火灾作用下梁截面及钢筋的温度分布,并与同条件下未经保温处理的普通混凝土梁及钢筋温度场做出对比,结果表明玻化微珠保温砂浆具有良好的保温隔热性能,可有效阻止外部热量的传递,有利于维持火灾作用下结构混凝土及钢筋的强度.     

预应力混凝土梁桥过火后的材料性能

火场最高温度、持续时间、扩散条件以及高温下混凝爆裂等因素增加了利用温度获得材料性能的难度。针对火灾后评估预应力混凝土梁桥时需快速、准确、真实地获得其材料性能的需求,对在役高速公路预应力混凝土桥梁过火后拆除的32块空心板进行表观分类和材料试验,通过实测过火后材料性能,获得常用检测指标与材料性能的关系,并利用极限承载能力试验及有限元模拟验证其适用性。结果表明:混凝土高温爆裂剥落,致使空心板截面损失,并进一步降低该区域混凝土及预应力钢绞线强度,是导致该截面抗弯承载能力降低的主要原因;当过火后混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时,混凝土抗压强度、预应力钢筋线拉伸强度折减系数达0.7,将严重影响结构极限承载能力;火灾作用将改变空心板极限破坏形态,由延性转为脆性破坏;利用常规检测指标与材料性能的折减关系,并结合有限元模拟分析过火后预应力空心板梁的极限承载能力,满足工程精度。     

火灾后预应力混凝土小箱梁桥性能评估

本文首先通过对某受突发火灾影响后的在建预应力空心板桥梁进行现场调查及取证,利用火灾后混凝土的表面特诊、材料强度损失率、混凝土烧伤深度对火灾温度进行了评估,并余绍了火灾后桥梁评估的一般流程和方法,考虑火灾影响对该桥的结构受力性能进行了详细计算,评估了火灾对桥梁结构的影响,分析结论表明：火灾后混凝土的损伤深度大约5cm,平均预应力损失约为3．5％。考虑结构损伤后,抗弯承载能力降低了约1．7％,抗剪承载能力减小了约13．4％,且损伤后部分截面不满足抗剪最小截面要求;损伤位置压应力明显增加,最大增加近4．5MPa。建议采用有效方式修复损伤的顶板、腹板及底板,并通过植筋使部分调平层参与结构受力,以恢复桥梁承载能力,保证其耐久性。     

单侧火灾下预应力混凝土多梁肋T型结构翘曲分析

为研究火灾下预应力混凝土多梁肋T型结构翘曲形态,建立了梁肋单侧火灾下预应力混凝土多梁肋T型结构的火灾模型,给出了翘曲计算方法,采用ANSYS分析了梁肋单侧火灾下预应力混凝土多梁肋T型结构翘曲规律。研究结果表明:边肋外侧受火时,边肋在四分点的横桥向凸翘显著,沿纵桥向翘曲呈W型,桥面板呈单侧翼缘板翘曲或双侧翼缘板翘曲形态;边中肋间受火时,梁肋横桥向翘曲呈V型,翘曲值大;中肋间受火时,梁肋横桥向翘曲呈倒W型,桥面板形成受火区鼓包形态;所得结论可为预应力混凝土多梁肋T型结构火灾后评估提供科学依据。