混凝土板受火性能分析及整體結構中連續(xù)板抗火試驗研究

混凝土板受火性能分析及整體結構中連續(xù)板抗火試驗研究近年來建筑火災發(fā)生次數居高不下,導致大量建筑發(fā)生受火損傷、破壞甚至災難性倒塌。受火時結構的安全以及受火后結構的損傷檢測問題一直受到科研和工程技術人員的極大關注。為深入了解鋼筋混凝土板的受火性能,本文采用自編程序對受火時和受火后鋼筋混凝土板的力學行為進行了非線性分析。由于構件之間復雜的相互作用,使得整體結構中鋼筋混凝土板的實際抗火性能遠好于構件試驗中單個板的抗火性能。因此本文繼續(xù)對整體結構中2×3鋼筋混凝土連續(xù)板格進行了抗火試驗研究。同時對整體結構中2×2連續(xù)板格的受火振動性能進行了探索性研究。具體的研究工作如下:(1)采用自編有限元熱分析程序對受火結構的瞬態(tài)溫度場進行了模擬,模擬過程考慮了水分蒸發(fā)的影響,相對于經典溫度場分析結果,模擬結果精度更高。算例分析證實了溫度場模擬的有效性和準確性,為后續(xù)受火時和受火后混凝土的非線性分析奠定了基礎。(2)基于溫度場分析結果,采用自編非線性有限元程序對常溫和高溫下(受火時)鋼筋混凝土板的受力性能進行了模擬分析。程序采用分層大撓度板單元及經典彈塑性理論,在各分層上分別建立混凝土和鋼筋的二維熱力彈塑性本構模型,從而更為準確地模擬受火時混凝土壓碎、開裂以及鋼筋屈服、強化行為。模擬結果表明上述模型能準確地模擬鋼筋混凝土板的受火行為。耐火極限分析表明,對于混凝土單向板,規(guī)范要求的耐火極限與論文中采用的變形準則和溫度準則得到的耐火極限比較接近;對于混凝土雙向板,規(guī)范采用的耐火極限極限安全儲備較大?？紤]到實際結構和試驗模型的巨大差異,整體結構中混凝土板的約束更強,抗火性能更好,因此混凝土板的耐火極限研究還需要進一步深入。(3)受火后板的極限承載力是確定受火后樓板選擇拆除或修繕的關鍵因素。論文提出了以有限元模擬為基礎的受火后板的極限承載力計算方法。該方法包括火場峰值溫度與持時估算、板內溫度場模擬、有限元建模與計算三個部分。有限元計算結果與試驗值吻合較好,驗證了模型的可靠性和合理性。(4)利用自主設計火災試驗爐對1棟3層3×3跨足尺結構中連續(xù)(2×3)鋼筋混凝土板格的抗火性能進行了試驗研究。論文簡要介紹了整體結構模型、試驗爐構造與試驗方案情況,描述了試驗現象及裂縫特征,并對爐溫、板格沿截面的溫度梯度以及板格平面外與平面內位移、受火鋼梁沿截面的溫度梯度及豎向撓度等試驗數據進行了分析。并與其他足尺受火試驗進行了對比研究。試驗提供了大量寶貴的數據,有利于更深入了解混凝土板的受火行為。(5)對上述足尺結構中連續(xù)板格的受火振動特性進行了試驗研究,并首次利用希爾伯特變換對工程結構的瞬時振動頻率進行了提取。研究發(fā)現振動加速度信號強弱與邊界約束有重要關系