预应力型钢混凝土梁火灾后的力学性能试验研究
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摘要
现代预应力技术和型钢混凝土结构的结合进一步增强了型钢混凝土组合结构的应用优势,也扩大了它的应用范围,使它可以适应更大的跨度、承担更大的荷载。因此,预应力型钢混凝土结构在大跨度结构、重载结构及高层、超高层转换结构中将具有广泛的应用前景。本文对预应力型钢混凝土简支梁进行了火灾高温下和高温后的力学性能试验研究,探讨了影响预应力型钢混凝土梁高温下及高温后承载性能降低的主要因素,分析了高温作用对预应力型钢混凝土简支梁力学性能劣化影响规律及机理。本文主要的研究内容及主要成果如下：
1.采用ABAQUS大型有限元分析软件,对预应力型钢混凝土梁在国际标准升温曲线下的传热进行了数值模拟分析,得到了预应力型钢混凝土简支梁在经历标准升温30min,60min,90min,120min,150min,180min时的温度场分布图,并与试验结果进行了对比。
2.利用山东建筑大学结构工程实验室的结构耐火行为试验系统对预应力型钢混凝土简支梁进行了耐火性能试验研究,考虑不同的火灾持续时间的影响,分析了预应力型钢混凝土简支梁承载性能随温度变化的规律,揭示了高温作用下预应力型钢混凝土简支梁力学性能劣化机理。
3.对经历火灾高温作用后的预应力型钢混凝土梁及常温构件进行了两点加载作用下的力学性能对比试验,通过比较分析了火灾高温作用后,预应力型钢混凝土简支梁的裂缝开展规律、挠度变化规律及承载力变化情况。
4.基于有效截面法,推导了火灾高温作用后的预应力型钢混凝土梁正截面受弯承载力计算公式,并和试验结果进行了对比,理论计算结果与试验吻合较好。
The combination of modern technology in prestressing and SRC structure reinforeces the SRC structure's advantage, and also relarge the scale of the application for a longer span and more load. So, the prestressed SRC structure can be used to long-span construction, heavy-Loaded-structure, tall building and transfer structure in high-rise Buildings. Experiments are carried out to determine the high-temperature mechanical properties of pre-stressed concrete simple-supported beam. It investigates the main factors influencing properties of pre-stressed concrete beam and analyzes the degradation of the beam's mechanical performance in the high tempreture. The main contents of the results of research are as following:
1. By means of finite element analysis software ABAQUS, it analyzes the heat transfer process of the pre-stressed concrete in the international standard temperature-time curve and gets the temperature field's distribution map of the pre-stressed concrete simple-supported beam in the time of 30min,60min,90min,120min,150min, 180min, which are compared with the test results.
2. Taking into account of the fire duration time, the beam's fire-resistant tests in the Structure laboratory of the Shandong Jianzhu university analyzes the rules of bearing capacity of pre-stressed concrete simple-supported beam and reveals the degradation of the beam's mechanical performance in the high tempreture.
3. Through comparating the results that the beams are applied by two concentrated loads at ordinary temperatures and high temperatures, it reveals the distribution and development of the cracks, the change rules of the vertical deflection and the variation of bearing capacity of the beams.
4. Based on the effective section method, it puts forwards the formula of the flexural carrying capacity of the pre-stressed concrete beam after the fire,which the results agree well with the tested ones.
1.采用ABAQUS大型有限元分析软件,对预应力型钢混凝土梁在国际标准升温曲线下的传热进行了数值模拟分析,得到了预应力型钢混凝土简支梁在经历标准升温30min,60min,90min,120min,150min,180min时的温度场分布图,并与试验结果进行了对比。
2.利用山东建筑大学结构工程实验室的结构耐火行为试验系统对预应力型钢混凝土简支梁进行了耐火性能试验研究,考虑不同的火灾持续时间的影响,分析了预应力型钢混凝土简支梁承载性能随温度变化的规律,揭示了高温作用下预应力型钢混凝土简支梁力学性能劣化机理。
3.对经历火灾高温作用后的预应力型钢混凝土梁及常温构件进行了两点加载作用下的力学性能对比试验,通过比较分析了火灾高温作用后,预应力型钢混凝土简支梁的裂缝开展规律、挠度变化规律及承载力变化情况。
4.基于有效截面法,推导了火灾高温作用后的预应力型钢混凝土梁正截面受弯承载力计算公式,并和试验结果进行了对比,理论计算结果与试验吻合较好。
The combination of modern technology in prestressing and SRC structure reinforeces the SRC structure's advantage, and also relarge the scale of the application for a longer span and more load. So, the prestressed SRC structure can be used to long-span construction, heavy-Loaded-structure, tall building and transfer structure in high-rise Buildings. Experiments are carried out to determine the high-temperature mechanical properties of pre-stressed concrete simple-supported beam. It investigates the main factors influencing properties of pre-stressed concrete beam and analyzes the degradation of the beam's mechanical performance in the high tempreture. The main contents of the results of research are as following:
1. By means of finite element analysis software ABAQUS, it analyzes the heat transfer process of the pre-stressed concrete in the international standard temperature-time curve and gets the temperature field's distribution map of the pre-stressed concrete simple-supported beam in the time of 30min,60min,90min,120min,150min, 180min, which are compared with the test results.
2. Taking into account of the fire duration time, the beam's fire-resistant tests in the Structure laboratory of the Shandong Jianzhu university analyzes the rules of bearing capacity of pre-stressed concrete simple-supported beam and reveals the degradation of the beam's mechanical performance in the high tempreture.
3. Through comparating the results that the beams are applied by two concentrated loads at ordinary temperatures and high temperatures, it reveals the distribution and development of the cracks, the change rules of the vertical deflection and the variation of bearing capacity of the beams.
4. Based on the effective section method, it puts forwards the formula of the flexural carrying capacity of the pre-stressed concrete beam after the fire,which the results agree well with the tested ones.
引文
[1]霍然,胡源,李元洲.建筑火灾安全工程导论.合肥：中国科技大学出版社,1999.
[2]李国强,韩林海,楼国彪等著.钢结构及钢-混凝土组合结构抗火设计[M].中国建筑工业出版社.2006；
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[4]李引擎,边久荣,熊洪.建筑防火安全设计手册[M].郑州：河南科学技术出版社,1992.
[5]宋继.大跨度预应力型钢混凝土梁结构节点试验研究.甘肃科技.2008,24(13)
[6]邓良强,孙建渊.公路空腹式预应力型钢混凝十梁的构造与承载力分析研究.同济大学
[7]杨仕林.实腹式预应力型钢混凝土梁刚度的计算方法研究.科技情报开发与经济.2007,(17)7
[8]李峰.预应力钢骨混凝土梁承载能力试验研究.重庆大学[D].2007
[9]秦十洪,丁智潮,何熊.预应力型钢混凝土构件收缩徐变试验.中国公路学报.2008,21(4)
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[11]袁志立.预应力型钢混凝土组合梁非线性有限元分析[D].同济大学.2005
[12]戴国亮,蒋永生,傅传国,梁书亭.高层型钢混凝十底部大空间转换层结构性能研究.土木工程学报.2003,36(4)
[13]徐杰,傅传国,戴航,李玉莹,赵国栋.型钢混凝土及预应力型钢混凝土梁试验研究2007,29(5)
[14]傅传国,李玉莹,梁书亭,孙晓波,徐杰.预应力和非预应力型钢混凝土框架受力及抗震性能试验研究.防灾减灾工程学报.2007
[15]傅传国,李玉莹,梁书亭.预应力型钢混凝十简支梁受弯性能试验研究.建筑结构学报.2007,28
(3)
[16]李玉莹.预应力型钢混凝土结构受力性能及设计理论研究[D].东南大学博士学位论文.2007
[17]徐杰.预应力型钢混凝十结构试验研究和理论分析[D].东南大学博十学位论文.2010
[18]赵国栋、傅传国、刘海,徐杰.预应力型钢混凝土梁刚度的计算方法研究.山东建筑工程学院学报.2005,20(3)
[19]徐杰、傅传国、赵国栋、王晓东.预应力型钢混凝土梁开裂截面中和轴高度分析.山东建筑工程学院学报.2005,20(1)
[20]周晓娜、徐杰、连峰、傅传国、周继远.预应力型钢混凝十梁受弯性能非线性分析.山东建筑大学学报.2009,24(4)
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