火災(zāi)下鋼筋混凝土構(gòu)件的熱反應(yīng)數(shù)值分析和抗火設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于混凝士材料的熱惰性而具有良好的耐火性能，然而在火災(zāi)高溫的持續(xù)作用下，因材料高溫性能的劣化而引發(fā)的整體結(jié)構(gòu)倒塌的事件仍屢見不鮮。因此，加強(qiáng)和改進(jìn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)，通過合理的設(shè)計(jì)手段來提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗火安全性，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，在大量數(shù)值計(jì)算和理論分析的基礎(chǔ)上，分別建立了各種鋼筋混凝土構(gòu)件的基于分析計(jì)算的抗火設(shè)計(jì)方法。本文的主要工作和研究成果包括： (1)建立了用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線

2、性瞬態(tài)溫度場分析的有限元方程，分析中考慮了混凝土熱工性能參數(shù)隨溫度變化的特性，并采用熱流平衡迭代過程來提高溫度場的求解精度；編制了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度場分析程序TFARC(Temperature Field Analysis of RC)，可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、線性瞬態(tài)以及非線性瞬態(tài)的一維和二維溫度場的分析。通過對(duì)各類溫度場問題的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(或精確解)與程序的數(shù)值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比研究表明，本文建立的溫度場分析數(shù)學(xué)模型和編制的有限元分析程序TFARC是

3、準(zhǔn)確而可靠的。 (2)在利用溫度場有限元分析程序TFARC進(jìn)行大量熱反應(yīng)數(shù)值分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過引入材料平均強(qiáng)度折減系數(shù)的概念，分析了材料性能隨受火時(shí)間變化的規(guī)律，并分別建立了四面受火條件下混凝土和鋼筋的平均強(qiáng)度折減系數(shù)計(jì)算公式。 (3)分析了混凝土高溫崩落現(xiàn)象和構(gòu)件長細(xì)比對(duì)鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件抗火性能的影響，并利用混凝士和鋼筋的平均強(qiáng)度折減系數(shù)，仿照常溫時(shí)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法建立了軸心受壓構(gòu)件極限抗火承載力的計(jì)算公式。

4、 (4)建立了高溫下鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件附加偏心距的計(jì)算公式和判斷高溫下構(gòu)件大小偏心破壞的界限；利用材料平均強(qiáng)度折減系數(shù)和附加偏心距的計(jì)算公式建立了偏心受壓構(gòu)件控制截面的平衡方程，用以分析構(gòu)件的抗火性能。 (5)在利用溫度場有限元分析程序TFARC進(jìn)行大量熱反應(yīng)數(shù)值分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，建立了三面受火條件下不同部位鋼筋的強(qiáng)度折減系數(shù)隨受火時(shí)間變化的關(guān)系，從而使鋼筋高溫屈服強(qiáng)度的確定不必依賴于鋼筋的溫度；根據(jù)受彎構(gòu)件的高溫破壞