基于動力理論火災(zāi)下樓板的損傷識別理論分析及試驗研究.pdf

1、樓板作為火災(zāi)下受損最嚴重的構(gòu)件，動力特性能夠很好地被識別和分類。本文基于動力理論確定高溫下樓板的損傷區(qū)域和損傷程度。隨著樓板動力特性的改變，疏散人群與其共振成為可能。將生物力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)結(jié)合，分析人群激勵下樓板的動力響應(yīng)。本文通過理論分析和試驗方式進行研究，主要工作和結(jié)論包括四個方面:
　　1.火災(zāi)下樓板在平行于中面的任意截面中各個方向材料性能相同，可假設(shè)樓板為橫觀各向同性體;由于溫度場的不均勻性和損傷深度的增加，中性軸位置隨受火

2、時間上移?；馂?zāi)下樓板振動相對于普通平板存在以上兩個特點，可依據(jù)經(jīng)典薄板理論推導(dǎo)火災(zāi)下樓板振動微分方程。結(jié)果表明:(1)橫觀各向同性體振動應(yīng)采用厚板理論，計入剪切變形、擠壓變形和轉(zhuǎn)動慣性力矩的影響。但實際樓板不屬于厚板范疇，上述因素對振動特性的影響可以忽略，因此振動微分方程和解析式同經(jīng)典理論;(2)中性軸的偏移使板內(nèi)應(yīng)力分布發(fā)生變化，需考慮中性軸偏移量Z0的影響。最終推導(dǎo)得振動微分方程和解析式的形式同經(jīng)典理論，剛度項中計入偏移量Z0產(chǎn)生的

3、附加剛度。
　　2.樓板剛度是關(guān)于彈性模量和厚度的函數(shù)，將一維熱傳導(dǎo)解代入到剛度表達式，沿板厚方向?qū)偠软椃e分，進而將其轉(zhuǎn)化為時間和空間的函數(shù)。板厚不變的情況下剛度項僅與時間有關(guān)，繼而得到固有頻率隨時間的演變規(guī)律。提出基于等效代換損傷深度評估方法，探討模態(tài)曲率差法判定損傷位置。最后分析計算鋼筋和撓曲變形對評價理論的影響。結(jié)果表明:(1)平板剛度項分成兩部分，一部分為常規(guī)平板剛度，另一部分為中性軸偏移造成的剛度附加項。兩部分剛度與頻

4、率均可轉(zhuǎn)化為以時間為變量的表達式;(2)對于損傷深度和損傷位置的判定均以火災(zāi)下剛度項為基礎(chǔ)，已知剛度演變規(guī)律即可對火災(zāi)下樓板損傷進行定量評價;(3)鋼筋和撓曲變形的影響分別體現(xiàn)在附加質(zhì)量，附加剛度和曲率半徑上。
　　3.對簡支單向板和雙向板進行火災(zāi)試驗，通過實測數(shù)據(jù)驗證理論推導(dǎo)結(jié)果的準確性，結(jié)果表明:(1)標準升溫下，內(nèi)部溫度場符合一維熱傳導(dǎo)，同時撓曲變形相對板厚較小，滿足理論分析前提條件;(2)實測固有頻率與理論計算相比沒有較大