火荷载下混凝土箱梁温度场分布与变形分析

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1、铁道建筑RailwayEngineeringJuly，201l32文章编号：1003—1995(2011)07—0032—04火荷载下混凝土箱梁温度场分布与变形分析张岗，王翠娟(长安大学交通行业旧桥检测与加固重点试验室，西安710064)摘要：混凝土箱形截面梁随火灾场温度的升高，高温度区会穿透混凝土薄壁层，致使箱梁的有效区域完全破坏，混凝土箱形截面的等温线分布比实心截面等温线偏高；整跨受热模式下钢筋混凝土简支箱梁跨中挠度时程曲线随荷栽等级的增加呈非线性变化趋势，挠度时程曲线增大的程度随保护层厚度增加而

2、减小，延火时间对钢筋混凝土简支梁跨中挠度有较大影响。因此，控制火灾时间或者提高混凝土保护层厚度，可有效控制火灾高温场钢筋混凝土桥梁的挠度值。关键词：桥梁工程混凝土箱梁火荷栽中图分类号：TU375．1；TU352．5文献标识码：A目前，各种结构火灾时有发生，铁路桥梁火灾也不度分布，研究了高温下的挠度时变效应及破坏形式。可忽视，受到了设计维护及研究人员的广泛关注。火1工程背景灾后桥梁结构承载力降低主要有两方面原因。：火灾荷载作用下混凝土和钢筋材料性能、工作性能劣化；图1为箱梁结构截面尺寸及构造。由图1(a

3、)可铁路桥梁结构承载重量大，发生火灾后，在重载作用下知，某混凝土箱形截面简支梁，跨长均为16．0m，截面容易坍塌。著名学者对火灾下各种形式的柱以及多种顶板宽度为3．2m，底板宽度为1．7m，梁截面高度为组合结构做了深刻的研究，进行了大量的试验，并提出1．7m，腹板高度为1．3m，悬臂板端部厚度为0．3m，了火灾后}昆凝土结构的加固方案及安全评价方法。钢悬臂板根部厚度为0．4m，顶板厚度为0．15m，底板厚筋混凝土T梁承载能力强，应用广泛，然而一旦发生度为0．28m，上部倒角为30em×20cm，下部倒

4、角为火灾，在重荷载作用下非常危险。本文在各国试验的20em×20em。由图1(b)可知，C为混凝土保护层厚基础上，引入William—Warnker五参数强度模型和非线度，在计算中C取不同的值分析其对火荷载作用下箱性本构关系，分析了钢筋混凝土T梁火灾下的截面温梁跨中挠度的影响程度。3208~10910802o2×18币2517O(a1截面尺寸(b)截面构造图1箱梁结构截面尺寸及构造(单位：em)2热温模式国际标准化组织(ISO834)建议的建筑构件抗火收稿日期：2011—03．10；修回日期：2011

5、．04一O1试验曲线如图2所示，其计算表达式为基金项目：中央高校基本科研业务专项资金项目(CHD2009JCO15)；国T(t)=3451g(8t+1)十(1)家自然科学基金项目(50908017)；国家西部交通建设科技项目(2011318812970)。式中，表示试验炉内的初始温度(℃)；(t)表示燃作者简介：张岗(198O一)，男，甘肃庆阳人，讲师，工学博士。烧开始后tmin时试验炉的空气平均温度(℃)。2011年第7期火荷载下混凝土箱梁温度场分布与变形分析如图2所示，IS0834标准火灾温度一时

6、间曲线，升温过程单调，无论燃烧时间多长，温度呈对数曲线光滑上升，始终没有衰减熄灭过程。作为一个计算标准，它在结构构件的抗火试验、高温性能分析或抗火极限验算中统一应用，可保证结构具有一致的抗火性能，并可对不同结构进行损伤计算和抗火安全性及火后评价。针对强外热场景的设定，对于强热区的抗火计算和焰围域的温度，选择式(1)进行分析。3SFM箱形截面梁分析3．1分析模型图2标准火灾温度一时间曲线图3为钢筋混凝土箱形截面简支梁火灾模型。如图3所示，混凝土采用C50，主拉钢筋采用Ⅲ级钢，详下钢筋混凝土箱形截面简支梁

7、的变形状况；分析其挠细尺寸参见图1。采用整跨受热模式，箱室外侧(除顶度时变效应过程，确定耐火极限。板顶面)和翼缘板底面升温(按标准火灾IS0834升温表1为钢筋混凝土箱形截面简支梁火灾模型设计曲线加热)，所受均布荷载为qkN／m(不含自重)，计参数。算火灾高温200min不同保护层厚度和不同荷载等级外部荷载火场强火场强度(a1纵向Co)横截面火场图3火灾场钢筋混凝土箱形截面简支梁模型表1火灾模型梁设计参数3．2高温场分析环境温度。图4为火灾高温场钢筋混凝土箱形截面梁随火延图4(C)和图4(d)给出了火

8、灾高温场钢筋混凝土时间的温度分布云图。分析图4说明：由于箱梁外侧箱形截面梁和实心截面梁随火延时间的等温线，具有和翼缘板下侧受火，所以迎火侧温度相对其它部位较空腔薄壁结构热传导的特色。根据流固耦合热传导模高；从箱形截面外侧到内侧，火灾温度逐渐降低，呈明式可知，封闭空腔结构中的气体对流热耦合效应具有显的梯度分布；随着火灾时间的延伸，高温层逐渐向内影响，混凝土箱形截面属于空腔薄壁结构，空腔内气体扩展，扩展宽度递增，由于混凝土箱梁腹板、底板厚度有热对流传导作用，