足尺鋼筋混凝土雙向板抗火性能研究.pdf

1、火災(zāi)時(shí)鋼筋混凝土雙向板起著重要作用,除自身受到高溫作用外,還要防止火勢(shì)蔓延和結(jié)構(gòu)倒塌,而火災(zāi)下鋼筋混凝土雙向板受力復(fù)雜,且影響因素多,目前相關(guān)的試驗(yàn)及理論研究不完善。本文在國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土雙向板火災(zāi)行為研究”(批準(zhǔn)號(hào):51178143)和“結(jié)構(gòu)構(gòu)件火災(zāi)時(shí)聲發(fā)射和振動(dòng)特性的試驗(yàn)研究”(批準(zhǔn)號(hào):50878069)的資助下,開展了對(duì)足尺鄰邊簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板、僅在柱上有梁的雙向板樓蓋和平板無梁樓蓋的抗火性能研究,既可

2、為鋼筋混凝土雙向板的抗火設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo),又可為消防工作提供參考。主要開展了以下幾方面的研究工作:
　　(1)試驗(yàn)研究足尺抗火試驗(yàn)可以準(zhǔn)確反映鋼筋混凝土雙向板的抗火行為,本文對(duì)足尺鄰邊簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板、僅在柱上有梁的雙向板樓蓋和平板無梁樓蓋進(jìn)行了恒載升溫的試驗(yàn)研究。三種形式的板各制作了2個(gè)試件,試驗(yàn)測(cè)量了火災(zāi)作用下板的平面內(nèi)位移和豎向位移等,考察了板的約束反力變化,分析了沿板厚度混凝土溫度場(chǎng)的分布以及鋼筋的溫度變化。試

3、驗(yàn)結(jié)果表明:火災(zāi)后鄰邊簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板的頂部裂縫形成半橢圓形的破壞形式,僅在柱上有梁的雙向板樓蓋最終呈凹口向上的“球冠”形破壞,平板無梁樓蓋的板頂裂縫最終為對(duì)角呈雙曲線形的破壞形式。單面受火的鋼筋混凝土板沿截面厚度方向混凝土溫度場(chǎng)呈非線性分布,溫度梯度隨時(shí)間的增長(zhǎng)而快速增大,并且水分的影響使混凝土在100℃時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)升溫水平段;水分不僅影響了混凝土的升溫,還使受火混凝土產(chǎn)生爆裂,含水率太高時(shí)板將因混凝土的爆裂而導(dǎo)致破壞。
　　

4、(2)極限承載力計(jì)算傳統(tǒng)塑性鉸線理論對(duì)板的極限承載力計(jì)算時(shí)不能考慮薄膜效應(yīng),計(jì)算值偏保守,為了正確計(jì)算鋼筋混凝土板的極限承載力,本文在傳統(tǒng)塑性鉸線理論的基礎(chǔ)上,根據(jù)板塊的受力平衡,提出了考慮張拉薄膜效應(yīng)的板塊平衡法計(jì)算火災(zāi)下鄰邊簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板的極限承載力;根據(jù)板的內(nèi)力和外力做功平衡,提出了考慮張拉薄膜效應(yīng)的能量法計(jì)算火災(zāi)下平板無梁樓蓋和鄰邊簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板的極限承載力。火災(zāi)下板的受拉薄膜效應(yīng)在塑性鉸線形成后才出現(xiàn),在板塊平衡法中,

5、認(rèn)為板的張拉薄膜力是由塑性鉸線上鋼筋的豎向分力提供的,而在能量法中,認(rèn)為板的張拉薄膜效應(yīng)是由塑性鉸線上鋼筋的伸長(zhǎng)所做塑性功引起。本文所提出方法的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合很好。在混凝土受壓薄膜效應(yīng)的作用下,僅在柱上有梁的雙向板樓蓋的板內(nèi)形成“拱”作用,板的豎向位移在“拱”作用下向上發(fā)展,其破壞最終為梁內(nèi)側(cè)提供受壓薄膜力截面上混凝土的壓碎破壞。
　　(3)板的聲發(fā)射特性為了監(jiān)測(cè)火災(zāi)作用下板的破壞特征,本文提出了將聲發(fā)射技術(shù)用于火災(zāi)下鄰邊

6、簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板、僅在柱上有梁的雙向板樓蓋和平板無梁樓蓋的破壞監(jiān)測(cè)研究?？疾炝嘶馂?zāi)作用下板的聲發(fā)射事件率、能量率和b值的變化,分析了各參數(shù)與板的裂縫開展、爐溫及豎向位移等的關(guān)系。研究結(jié)果表明,利用事件率、能量率、b值等參數(shù)可以對(duì)火災(zāi)下鋼筋混凝土雙向板和雙向板無梁樓蓋的第一和第二條裂縫的出現(xiàn)做出準(zhǔn)確的判斷,由于新出現(xiàn)的裂縫與已有裂縫的擴(kuò)展相重疊,所以并不能區(qū)分所有裂縫,但可以準(zhǔn)確區(qū)分板的裂縫開裂前階段、裂縫集中出現(xiàn)階段以及裂縫緩慢擴(kuò)展階

7、段。
　　(4)板的振動(dòng)特性火災(zāi)下板的振動(dòng)特性是其本身的特性,所以本文對(duì)火災(zāi)下鄰邊簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板、僅在柱上有梁的雙向板樓蓋和平板無梁樓蓋的振動(dòng)特性進(jìn)行了研究。通過快速Fourier轉(zhuǎn)換,結(jié)合數(shù)值計(jì)算,分析了火災(zāi)作用下板的頻率變化。結(jié)果表明,火災(zāi)下鄰邊簡(jiǎn)支鄰邊固支雙向板、雙向板樓蓋和雙向板無梁樓蓋在火災(zāi)作用下頻率大幅降低,到停火時(shí)這三種形式板的頻率下降幅度分別為39.7％、52.7%和42.5%。通過回歸分析,本文給出了火災(zāi)下三