火災(zāi)后混凝土構(gòu)件損傷評估的試驗及理論研究.pdf

1、火災(zāi)后建筑物的受力性能不可避免地會受到影響。由于影響受火后混凝土構(gòu)件力學(xué)性能的因素眾多，且損傷有沿深度方向變化的特點，對其進(jìn)行評估是一個關(guān)系重大又難度甚高的任務(wù)。一個可信的損傷評估必須能準(zhǔn)確地推定構(gòu)件曾經(jīng)的受火狀況(火場升溫曲線)、深度方向上混凝土材性的變化以及構(gòu)件的殘余承載力。這就要求對混凝土的材性影響因素、損傷檢測方法和構(gòu)件承載力的計算方法進(jìn)行充分的研究。目前，還沒有一種方法能直接從力學(xué)性能的角度檢測混凝土的損傷沿受火深度上的變化，

2、也沒有一種能定量地推定受火狀況的算法。此外，以往的研究中，受火后構(gòu)件試驗往往以簡支構(gòu)件為對象，同實際情況有一定的差距，且難以反映混凝土材性變化對構(gòu)件承載力的影響。為此，本文進(jìn)行了如下工作： 1．研究最高溫度和恒溫時間兩種因素對混凝土性能的耦合影響。進(jìn)行混凝土試塊在21種不同溫度和恒溫時間組合下的試驗。試驗結(jié)果包括抗壓強度、劈拉強度、彈性模量、應(yīng)力一應(yīng)變曲線、燒失量、浸泡增重等，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)驗公式的擬合； 2．進(jìn)行“

3、逐層深入法”的基礎(chǔ)研究。研究包括兩類試驗：第一類試驗是對混凝土切片進(jìn)行32種不同溫度和恒溫時間組合的處理，然后劈拉試驗得出溫-時耦合影響下混凝土的強度變化。第二類試驗進(jìn)行試塊的單面受火試驗，在30~200min的受火時間范圍內(nèi)進(jìn)行7組試驗，記錄試塊內(nèi)部的溫度變化，然后進(jìn)行“逐層深入”的切片并完成劈拉強度試驗，揭示不同的受火狀況下混凝土深度方向的損傷變化規(guī)律； 3．結(jié)合統(tǒng)計理論(weibull 分布)和損傷力學(xué)的原理建立受火后混凝

4、土受拉的破壞模型，理論上推導(dǎo)混凝土受拉破壞的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系。更重要的是，引入軸壓作用下混凝土微裂縫閉合的隨機分布(同樣是wiebull分布)，并結(jié)合受拉損傷的原理，通過計算兩種分布的交互作用，從理論上推導(dǎo)混凝土的軸向受壓應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系。采用Matlab進(jìn)行了編程(PIJSSCF)進(jìn)行數(shù)值求解。通過理論推導(dǎo)而不是經(jīng)驗公式擬合的方式來計算受火后混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并成功地解釋了混凝土受火損傷本構(gòu)關(guān)系中的三大特征，可以說是一種全新的嘗試。

5、 4．進(jìn)行了4塊足尺混凝土兩跨連續(xù)板(5200×1200×120mm)的受火和承載力試驗。一塊常溫板靜載試驗作為對照。采取IS0 834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線分別對三塊板進(jìn)行了50、70、100分鐘的加溫，冷卻后進(jìn)行板的靜載試驗。受火試驗結(jié)果包括高溫作用下板的撓曲變形、支反力的變化以及板內(nèi)溫度分布的測量；靜載試驗結(jié)果包括荷載作用下連續(xù)板各點的撓度、混凝土和鋼筋材料的應(yīng)變以及板的極限承載力等； 5．基于“逐層深入法”的原則編寫Matlab程

6、序EFDC。程序完成了如下幾個工作： 1)對沿深度方向取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線(簡稱損傷曲線)擬合； 2)對應(yīng)損傷曲線上的某一點數(shù)值，通過論文中第3章中建立的最高溫度一持續(xù)時間同劈拉強度之間的關(guān)系來初步反算此點可能經(jīng)歷的溫度和恒溫時間的范圍，然后反推外部的火災(zāi)溫度的大概范圍； 3)建立混凝土的熱傳導(dǎo)的微分方程。以第2)項中的火災(zāi)溫度曲線的范圍上取小步長不同的值作為微分方程的初始條件，采用分步長(分層)的有限差分法求解微

7、分方程，得出不同時間、不同深度的溫度分布曲線； 4)以火災(zāi)溫度(溫度曲線)為初始條件的混凝土內(nèi)部溫度場，通過第3章中建立的溫-時同劈拉強度之間的關(guān)系求不同深度上的殘余劈拉強度作為試算值： 5)將各種初始條件的試算殘余強度同損傷曲線進(jìn)行誤差分析，取其中最小誤差對應(yīng)的初始條件作為最終求得的火災(zāi)溫度曲線，并由此得出整個構(gòu)件范圍內(nèi)的受損情況； 將第3章和第5章的試驗數(shù)據(jù)代入程序中計算，將結(jié)果同實測的熱電偶溫度進(jìn)行對比，驗