钢筋混凝土板受火性能的试验分析与振动特性分析

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1、青岛理工大学工学硕士学位论文常温下的结构非线性分析是相同的，只是力学性能指标等更复杂，而且伴随着计算机性能的不断提高，计算方法的不断改进，理论分析的精度比以前有了很大迸步。但是由于火灾发生的偶然性，复杂性，结构在火灾中的行为也各不相同，加上许多因素的耦合，使得结构在火灾中的反应在理论分析方面还没有满意可行的好方法，现在各国在这方面也没有明确的规定，加上由于火灾实验测量的困难，以前火灾试验的测量数据非常有限，多数偏重于耐火极限方面的考虑，使得理论研究不能建立在大量试验的基础之上。正是由于以结构反应为目的，测量大量有价值的数据，对结构构件的火灾试验现象、变形、破坏机构的形

2、式等进行完整详细记录的试验很少。在这种情况下，作者在以下所论述研究的以足尺尺寸为构件的试验，就显得更有学术价值。1．3混凝土结构抗火研究现状国外对钢筋混凝土结构的抗火性能研究比较早，在二十年代初己经注意到了钢筋混凝土结构的力学性能在温度下的变化，但大量研究还是从五十年代开始的f2J。特别是许多核反应堆预应力混凝土压力容器安全壳的建造，以及高层建筑的迅速发展，更增大了火灾的严重性和灭火的艰难，促使对钢筋混凝土的高温性能进行更系统、深入的试验研究。许多国家都相继成立了许多抗火研究组织，并建立了迸行建筑结构抗火性能研究的大型试验装置，如美国的PGA(PordandCemen

3、tAssociation)和NEP251。德国的Braunschweig工业大学、英国的BRE(BuildingResearchEstablishment)及美国预应力混凝土协会(PIC)成立的抗火研究部门等。目前加拿大、美国、日本、英国等国家都取得了不少研究成果。钢筋混凝土抗火性能在国内的研究起步较晚。六十年代冶金部建筑科学研究院等单位进行过高温下混凝土强度的试验研究，并调研和分析了高温对厂房结构和烟囱等的影响，提出相应的设计施工建议。公安部所属的消防研究所主要是对材料和建筑物的耐火等级进行研究，尚未涉及钢筋混凝土结构方面的性能研究。八十年代末消防所建起了大型的构件

4、耐火试验装置，也主要用于研究建筑产品及结构构件的耐火极限。一些学校也开始筹建专用设备，进行相关的试验和理论研究工作，例如清华大学、同济大学等也开始对钢筋混凝土构件进行试验研究，有的己经取得了一些试验成果【3H121。实际工程中，绝大部分结构都是超静定体系，由于火灾作用的复杂性、专门试3青岛理工大学工学硕士学位论文验设备缺乏或制作昂贵，以及试验测试手段受到高温限制等原因，目前在国内对于超静定结构的抗火性能的实验研究很少。从实验技术上，要在高温下直接测定超静定结构的内力随温度的变化非常困难。目前己有的实验大多数仅仅局限于实验破坏的宏观定性认识，不能了解结构内力变化过程及重

5、分布规律。因而不能从根本上了解超静定结构体系的抗火性能。因此，对超静定结构体系迸行实验研究，解决其实验方法是十分重要的。在一定的实验基础上进行必要的理论分析是必要的。许多学者对高温下钢筋混凝土抗火性能进行了有限元分析。Ellingwood等进行了高温下钢筋混凝土简支梁．的分析‘13】，Lie分析了高温下钢包混凝土柱，他们的计算都与实验结果符合比较好。钢筋混凝土楼板是钢筋混凝土结构中最基本的构件，也是火灾发生时，受火面最大、最严重的结构构件。国内外己开展了对其高温性能的试验研究，但研究内容尚不完整，而且由于火灾实验设备的昂贵，目前的研究多是小比例结构试验，难以完全反应钢

6、筋混凝土板的受火性能。而且基于板的振动特性对板在火灾过程中的性能变化予以研究在国内还从没开展过。基于此，对钢筋混凝土足尺构件进行了火灾下受火性能的实验研究和振动特性分析。1．4本论文所论述研究的内容本文所涉及的内容是一系列混凝土双向板试验中的一部分，考虑到足尺试验的花销很大，本文仅对一块双向板进行了恒载下受火的试验研究。主要的研究内容包括：(1)通过试验研究双向板在受火过程中板的温度场沿厚度的分布规律，板中正负弯矩钢筋的温度，板边、距板边1／4处和板中心等位置的变形以及板边倾角的改变情况，并检测了双向板在破坏时形成的裂缝开裂方式是否符合塑性铰线理论，分析了双向板在恒载

7、和火荷载共同作用下的破坏特征。(2)采用测振仪对火灾过程中双向板的振动特性进行测量，研究波形在火灾进行过程中的变化情况，并对板的振动波形的频率组成结构进行分析。为结构的状态监测提供依据。本文通过对这块双向板的火灾试验，详细记录了其在火灾过程中的反应，得到了大量的可靠数据，得出了一些有价值的结论和建议。4青岛理工大学工学硕士学位论文第二章高温下混凝土与钢筋的材料特性2．1混凝土在高温下的材料性能2．1．1高温下混凝土的物理化学变化随着温度的变化，混凝土在外观上和内部结构上都会发生一定的变化。混凝土是由水泥、水、骨料经搅拌、浇捣和硬化过程而形成的一种水硬