预应力混凝土连续梁板抗火性能非线性分析

为模拟预应力混凝土连续梁板在火灾下的受力全过程,认为火灾下预应力混凝土梁板截面总应变符合平截面假定,基于混凝土、普通钢筋和预应力筋的耦合本构关系,用t时刻的混凝土应力计算t＋1时刻混凝土的瞬态热应变、高温徐变,钢筋与预应力筋采用相同的解耦方法,可求得火灾下预应力混凝土梁板的弯矩-曲率曲线;对支座反力进行迭代求解,计算梁...     

两跨预应力混凝土连续梁抗火性能试验与分析

为研究预应力混凝土连续梁的抗火性能,进行了9根两跨有粘结预应力混凝土连续梁抗火试验.通过布置于试验梁内的热电偶,获得了试验梁截面的温度场分布.布置于试验梁上的位移传感器测试结果表明,火灾下连续梁变形增长速度在受火过程中增长速度大体上是一致的.各试验梁边支座反力实测结果表明,受火10 min以内,试验梁边支座反力快速减小,受火10~40 min,边支座反力变化平缓,受火40 min以后,边支座反力又快速恢复.试验梁在受火过程中试验梁背火面经历了水分溢出、水蒸气形成和发展、溢出水干涸及水蒸气消失的过程.基于试验结果,拟合出了考虑各关键参数影响的火灾下两跨连续梁边支座反力与梁跨中变形的计算公式.     

Influence of key factors on deflection of bonded prestressed concrete simply supported slabs subjected to fire

In order to validate the accuracy of nonlinear fire simulation programs,comparison analysis is carried out between simulation and experiment induced from small-scale specimens,and then fire resistance of large-scale prestressed concrete slabs is further investigated through parameter expansion.The influences on fire resistance ratings controlled by deflection are explored and discussed,including effective span,concrete cover thickness,load level,prestress degree,effective prestress,composite reinforcement index and other factors.The calculated results indicate that fire resistance ratings of large-scale bonded prestressed concrete simply supported slabs are bigger than those of small-scale ones.Finally,the calculation formulas of fire resistance ratings controlled by deflection are established,which rationally consider the influence of effective span,concrete cover thickness,load level,composite reinforcement index and so on key factors.     

混凝土及预应力混凝土结构抗火研究现状与展望

为拓展混凝土及预应力混凝土结构抗火的研究思路与方法,论述了普通钢筋、预应力筋、混凝土等结构材料的抗火性能,凝炼了混凝土及预应力混凝土结构构件的抗火性能,介绍了火灾后混凝土结构加固修复技术,指出了混凝土及预应力混凝土结构抗火研究中存在的一些问题,展望了其发展趋势.分析表明:混凝土高温爆裂临界温度随强度变化而变化,掺钢纤维或聚丙烯纤维可有效防止混凝土火灾下爆裂;合理考虑名义拉应力和混凝土强度影响的爆裂判别方法,可有效降低火灾下预应力结构混凝土爆裂风险;混凝土及预应力混凝土结构应满足火灾时不爆裂、火灾下不坍塌、火灾后可修复的抗火设计目标;火灾下防爆裂混凝土合理纤维掺量、混凝土及预应力结构构件高温爆裂机理及预测模型、活性粉末混凝土(RPC)高温爆裂规律、RPC热-力耦合本构关系及其结构构件抗火性能、温度-荷载路径对结构构件高温性能的影响、高层混凝土结构和地下空间结构抗火性能等方面应予关注.     

预应力混凝土简支梁板中无粘结筋应力增长规律

针对无粘结预应力混凝土梁板在受荷过程中的无粘结筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制了可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无粘结筋应力增长规律的计算程序。基于模型试验结果和大量仿真分析结果,得到了非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、跨高比、加载形式、预应力筋布筋型式、跨中预应力筋合力点至受压区边缘的距离等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下简支梁板中无粘结筋应力增长的影响规律;建立了无粘结预应力混凝土简支梁板中无粘结筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

火灾下预应力混凝土梁板非线性分析

常温下预应力混凝土结构中的预应力筋处于高应力状态.若因高温作用使预应力筋的预应力水平发生锐减,将给预应力混凝土工程带来灾难性的后果.因此,本文就应用ANSYS软件对火灾下预应力混凝土梁板非线性分析进行了尝试.在提出了常温下预应力混凝土受弯构件在有效荷载作用下的安全系数的概念,并推导出其数学表达式之后,通过大量的计算分析,得出了板中预应力筋抗火混凝土保护层厚度建议取值和梁中预应力筋梁侧抗火混凝土保护层厚度建议取值,为进行预应力混凝土结构抗火设计提供了参考依据.     

混凝土梁板中无粘结筋应力增长规律

针对无粘结预应力混凝土梁板在受荷过程中无粘结筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法编制了可用于考察正常使用极限状态无粘结筋应力增长规律的计算程序.基于模型试验结果和仿真分析结果,得到了非预应力筋配筋指标βs、预应力筋配筋指标βp、跨高比l/h、加载形式、预应力筋布筋型式、预应力筋合力点至受压区边缘距离hp等参数对正常使用阶段极限状态下简支、连续梁板中无粘结筋应力增长的影响规律;并建立了使用阶段无粘结筋应力增量计算公式.     

火灾下钢筋混凝土板保护层厚度的选取

采用理论分析与有限元分析相结合的方法,研究了火灾下三跨连续钢筋混凝土板保护层厚度对楼板刚度、极限抗弯承载力及耐火能力的影响,发现:(1)保护层厚度的增加一方面降低了楼板的有效高度,引起极限抗弯承载力及刚度的降低;但同时也降低了钢筋的升温速度,减缓了钢筋强度、刚度退化的速度.综合考虑保护层厚度的影响,建议保护层厚度取值20~25 mm.(2)适当地增加截面的高度可有效地提高连续板的耐火极限.     

火灾下钢筋混凝土板保护层厚度的选取

采用理论分析与有限元分析相结合的方法，研究了火灾下三跨连续钢筋混凝土板保护层厚度对楼板刚度、极限抗弯承载力及耐火能力的影响，发现：（1）保护层厚度的增加一方面降低了楼板的有效高度，引起极限抗弯承载力及刚度的降低；但同时也降低了钢筋的升温速度，减缓了钢筋强度、刚度退化的速度．综合考虑保护层厚度的影响，建议保护层厚度取值20～25mm．（2）适当地增加截面的高度可有效地提高连续板的耐火极限．     

无粘结筋极限应力增量计算公式对比分析

为客观认识各公式的合理性,对380根简支梁板和连续梁板进行了仿真试验,同时搜集整理了中国建筑科学研究院所做的35根简支梁的试验结果,将国内外预应力混凝土梁板中无粘结筋极限应力增量公式计算值与这415根试验梁板的实测结果进行对比分析,结果表明公式更具合理性.     

CFRP布加固混凝土梁板防火涂料层厚度取值

为改善CFRP布加固混凝土梁板的抗火性能,选用厚涂型防火涂料作为CFRP布加固混凝土梁板的防火保护层的措施.以常温下正截面抗力标准值与频遇组合效应标准值的比值K、常温加固后抗力提高幅度β和防火涂料层厚度c0为参数,通过ANSYS有限元程序和matlab程序对火灾下CFRP布加固的混凝土梁板进行了大量的计算.提出了考虑K、β和耐火极限tu要求的CFRP布加固混凝土梁板厚涂防火涂料层厚度c0的取值建议.     

无粘结预应力砼密肋楼盖的优化设计应用

对于无粘结预应力砼密肋楼盖进行优化设计,在安全可靠的前提下,通过目标函数对该项目进行研究,使楼盖设计更为经济合理,并在此基础上进行造价分析。得到楼盖结构体系的经济技术指标后,综合分析力学、使用功能、建筑装饰、施工管理等几方面因素,最后得出优选方案。     

无粘结预应力砼密肋楼盖的优化设计应用

对于无粘结预应力砼密肋楼盖进行优化设计,在安全可靠的前提下,通过目标函数对该项目进行研究,使楼盖设计更为经济合理,并在此基础上进行造价分析。得到楼盖结构体系的经济技术指标后,综合分析力学、使用功能、建筑装饰、施工管理等几方面因素,最后得出优选方案。     

任意截面无黏结预应力混凝土梁的有限元分析

建立了基于大变形非线性有限元理论的无黏结预应力混凝土梁的计算模型,能够较好地预测任意截面无黏结梁整个加载历史的非线性结构响应.无黏结筋的效应以等效节点荷载替代,由此可按普通有黏结钢筋混凝土梁进行分析,其截面内力由外荷载和无黏结筋等效节点荷载共同引起.利用修正的Rodriguez截面分析模型,混凝土的贡献通过边界顶点定义的梯形单元来实现.导出了任意截面无黏结预应力混凝土梁非线性全过程分析的标准有限元公式.无黏结试验梁的分析计算结果与试验结果吻合良好.     

预应力混凝土连续板不同跨受火火灾行为

为了研究三跨连续板不同跨依次受火作用下的火灾行为,对4块尺寸为12.6m×1.5m×0.12m的无粘结预应力砼连续板进行了火灾试验.试验考虑了连续板中跨和边跨在不同时间段发生火灾及负弯矩区负筋长度两种因素,在实现ISO标准升温的前提下,给出了板中水在火灾中全过程变化现象以及板在火灾作用下裂缝发生、扩展及最终形式,重点研究了板的变形、破坏机构的形成、预应力筋中拉力的变化,板中温度场以及支座支反力的重分布情况.通过对试验结果的分析,揭示了破坏机构形成和支反力重分布的原因,指出了板中温度场的分布情况及预应力筋拉力的变化特征.     

不同保护措施下CFRP加固混凝土梁耐火性能试验

由于碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)在火灾中易燃烧,未采取防火保护措施的CFRP加固混凝土构件的耐火性能不能满足防火规范要求.为深入研究CFRP加固钢筋混凝土梁在不同防火保护措施下的耐火性能,在本课题组以往研究基础上,设计了9根相同截面和配筋的混凝土梁,采取不同加固方式和防火保护措施,通过ISO834标准火灾试验,详细分析了不同CFRP锚固方法(无锚固/机械锚固/U形箍锚固)、不同防火材料(超薄型防火涂料/厚型防火涂料/普通水泥砂浆)以及分区防火保护方法对CFRP加固钢筋混凝土梁温度场分布和高温变形的影响.结果表明:在本文试验条件下,相比于机械锚固,端部碳纤维U形箍锚固在试件挠度控制方面具有更好的效果;超薄型防火涂料与普通水泥砂浆配合使用的防火保护措施可行;采用20 mm普通水泥砂浆和2 mm超薄型防火涂料组合的防火效果好于20 mm厚型防火涂料保护的防火效果.     

型钢混凝土保护层弹塑性屈曲分析

根据型钢混凝土构件的受力性能及典型破坏形态,从力的传递和扩散角度对型钢混凝土构件的横向配箍率、纵向钢筋的最小直径进行了定量分析,并根据板的弹塑性稳定理论,对型钢混凝土构件受压区混凝土保护层最小厚度进行了理论分析和公式推导,同时从混凝土保护层开裂的角度,根据力扩散原理,建立了型钢混凝土临界保护层厚度的计算方法,并对两种计算方法的计算结果进行了分析比较。本文所得结论可为型钢混凝土结构的试验研究和设计提供参考和依据。     

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。     

无粘结预应力混凝土梁非线性有限元分析方法研究

无粘结预应力混凝土的计算并不象有粘结预应力混凝土那样,由外荷载引起预应力筋的应变不能根据相应截面的混凝土的应变求得,其应力的计算比较复杂.以有限元理论为基础,提出无粘结预应力混凝土梁的全过程分析模型,并研究编制了计算程序,分析了无粘结预应力混凝土的整个受力过程、变形发展、混凝土及无粘结筋的应力分布状态等.实例计算结果表明,该模型具有较好的精度,可用于工程结构的实际模拟分析.     

缓粘结预应力混凝土梁抗裂和裂缝闭合性能

为便于施工操作保证结构质量.配制出满足后张法有粘结预应力混凝土的缓凝砂浆.通过21根缓粘结部分预应力混凝土梁的抗裂试验和裂缝闭合试验,得到了缓粘结部分预应力混凝土梁在静载条件下的开裂强度和裂缝闭合强度;分析了缓粘结部分预应力混凝土梁在等幅重复荷载作用下正截面疲劳抗裂的S-N曲线.建议实际混凝土构件的抗裂强度折减系数为0.55.对试验梁进行了结构静力计算和疲劳验算,比较了理论计算与试验结果的关系.建议部分预应力混凝土梁的静力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好.