无粘结预应力混凝土扁梁抗火性能的试验研究和理论分析

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1、中南大学博士学位论文无粘结预应力混凝土扁梁抗火性能的试验研究和理论分析姓名：王中强申请学位级别：博士专业：土木工程指导教师：余志武20060301摘要近年来，预应力混凝土技术已在工程领域得到了较大的发展和广泛的应用，但对其日益引起人们重视的使用安全性尤其抗火性能的研究却尚不完善。本文以无粘结预应力混凝土扁梁为对象，对无粘结预应力混凝土结构在火灾中的特性和火灾后的受力性能进行了试验研究，并采用理论分析和数值计算相结合的方法，对无粘结预应力混凝土结构的抗火性能进行了分析和探讨。主要内容包括：(1)对高温后新Ⅲ级钢筋的力学性能进行试验研究，分析总结了其各力学性能指标随所经历的高温而变化的规律

2、，提出了相应的计算表达式以及高温后新Ⅲ级钢筋受拉应力一应变全曲线计算公式。(2)基于传热学基本原理，对钢筋混凝土结构的非线性瞬态温度场进行了分析和计算。提出了一种求解其一维温度场的解析解法，推导出理论求解公式并进行了计算。还采用有限单元法对其二维温度场进行了分析，并编制了程序进行计算。(3)对26根无粘结预应力混凝土扁梁进行了高温下受力性能的试验研究。自行研制了大型拼装式多功能电力加热炉。通过试验观察并了解了无粘结预应力混凝土扁梁在高温下的变形特点、损坏形态以及无粘结预应力钢筋的应力变化，探讨了高温时施加的恒载、混凝土净保护层厚度和综合配筋指标等因素对其抗火性能的影响。(4)完成了26

3、根高温后的无粘结预应力混凝土扁梁的静力试验，研究了其宏观表象、静载破坏特征和变形规律，并对其高温后剩余承载力进行了比较和分析，提出了高温后预应力混凝土受弯构件的剩余承载力的简化计算方法。(5)提出了无粘结预应力混凝土受弯构件考虑高温和荷载共同作用下进行非线性有限元全过程分析的方法。采用混凝土和钢筋的温度一应力耦合本构模型，并将无粘结预应力筋内力与未知结点位移共同作为待求列矢，推导出高温下无粘结预应力混凝土受弯构件非线性有限元全过程分析的增量有限元格式，并编写了相应的计算程序。通过大量数值计算，对高温时施加的恒载、混凝土净保护层厚度和综合配筋指标等影响无粘结预应力混凝土受弯构件受力性能的

4、主要因素进行了分析，充分验证了本文分析理论和计算程序的正确性。本文研究成果可为制订我国预应力混凝土结构抗火设计规范提供参考。关键词：无粘结预应力混凝土扁梁，抗火性能，非线性有限元ABSTRACTInrecentyears，theprestressedconcretetechnologyhasbeendevelopedandwidelyappliedinengineeringfield，butitsusingsafetywhicharousepeople’Srecognitionincreasingly，especiallyitsfire-resistancebehaviorshaven

5、otbeenperfected．Inthispaper,basedonunbondedprestressedconcreteflatbeamsbeingasresearchobjects，thepropertiesunderfireandbehaviorsafterfieofunbondedprestressedconcretestructureshavebeenstudiedinthetests，anditsfire．resistancebehaviorsareanalyzedanddiscussedwiththemethodoftheoreticalanalysisandnumer

6、icalcalculationtogether．Themaincontentsinclude：(1)ThecapabilitiesofnewgradeIIIsteelbarsafterfirearestudiedbyexperiment．Thelawsandthecalculationexpressionsofitsbehaviorsafterenduringdifierentfiretemperaturesareobtmned，andthecalculationformulaofthetensilestress-straincurvesofnewgradeIHsteelbarsaft

7、erfieareestablishedinthePaDer．化)Onthebasisoftraditionalheating．conducttheoretical．thenonlineartransittemperaturedistributionofreinforcedandconcretestructuresareanalyzedandcalculated．Ananalyticalsolutiontosolveitstemperatured