火災下鋼筋混凝土構件的熱反應數(shù)值分析和抗火設計方法研究.pdf

1、鋼筋混凝土結構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)的整體結構倒塌的事件仍屢見不鮮。因此，加強和改進鋼筋混凝土結構的抗火設計，通過合理的設計手段來提高結構構件的抗火安全性，具有十分重要的現(xiàn)實意義。本文以此為出發(fā)點，在大量數(shù)值計算和理論分析的基礎上，分別建立了各種鋼筋混凝土構件的基于分析計算的抗火設計方法。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構非線

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構溫度場分析程序TFARC(Temperature Field Analysis of RC)，可以進行穩(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。通過對各類溫度場問題的試驗數(shù)據(jù)(或精確解)與程序的數(shù)值計算結果的對比研究表明，本文建立的溫度場分析數(shù)學模型和編制的有限元分析程序TFARC是

3、準確而可靠的。 (2)在利用溫度場有限元分析程序TFARC進行大量熱反應數(shù)值分析計算的基礎上，通過引入材料平均強度折減系數(shù)的概念，分析了材料性能隨受火時間變化的規(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度折減系數(shù)計算公式。 (3)分析了混凝土高溫崩落現(xiàn)象和構件長細比對鋼筋混凝土軸心受壓構件抗火性能的影響，并利用混凝士和鋼筋的平均強度折減系數(shù)，仿照常溫時構件的設計方法建立了軸心受壓構件極限抗火承載力的計算公式。

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