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: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:50878069)的資助下,開展了對足尺鄰邊簡支鄰邊固支雙向板、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,本文對足尺鄰邊簡支鄰邊固支雙向板、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呈非線性分布,溫度梯度隨時(shí)間的增長而快速增大,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支鄰邊固支雙向板的極限承載力?；馂?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)測研究。考察了火災(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,所以本文對火災(zāi)下鄰邊簡支鄰邊固支雙向板、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