预应力混凝土结构抗火性能研究.pdf

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1、预应力混凝土结构抗火性能研究朱博全广州大学圃摘要：为了有效提高建筑结构在遭遇火灾时的安全性能，针对现今应用广泛的预应力混凝土结构，总结了该结构在耐火性能方面的研究现状，分析了试验研究与工程应用方面存在的问题，提出了未来研究工作的方向与重点，为土木工程抗火方面的设计规范提出了参考意见。关键词：预应力混凝土结构；抗火性能；试验研究；火灾1引言火灾是一个非常常见的人为或自然灾害，它的发生往往会带来人员的伤亡或大规模的经济损失。火灾造成的损失很多时候来源于发生火灾时结构出现的倒塌现象，很多结构往往在火灾中丧失掉自身强度

2、，而后发生倒塌。因此，提高钢筋混凝土结构的耐火性能显得异常重要。在近些年，大型公共建筑不断兴起，预应力混凝土结构已发展成为一项极其重要的现代建筑结构形式。然而，国内外目前关于预应力混凝土结构的研究工作却表明，预应力混凝土结构的抗火性能比普通钢筋混凝土结构还要差。可见，开展关于预应力混凝土结构抗火性能的研究是十分有意义且十分必要的。2国内外研究现状从上个世纪开始，国外的许多学者就已经着手开始了关于预应力混凝土结构抗火性能的研究。Ashtontll等人对预应力混凝土结构抗火性能研究的结果表明，预应力混凝土结构构件的

3、保护层厚度及其截面形状与构件的耐火性能有很大的相关性，在适当的限度下提高预应力混凝土结构构件的保护层厚度能有效提高它的耐火性。Gustaferro口l等人在关于预应力混凝土结构抗火性能方面做了许多实验研究，得出了在不同小时的抗火等级下预应力混凝土结构构件的保护层厚度及相应的最小尺寸的建议值。Josepht”等人从混凝土保护层厚度人手对预应力混凝土结构抗火性能进行试验。同时还考虑了荷载作用下的构件抗火性能及构件端部增加不同锚固形式下构件的抗火性能。KrishnamoorthffJ等人将研究重心放在预应力混凝土结构

4、构件在温度不均匀的条件下的性能状况，并且还从一榀框架出发，考虑了相邻构件产生的弯矩和剪力对所研究构件的影响。我国关于预应力混凝土结构构件耐火性能的研究是从20世纪80年代末才开始的，目前国内有关预应力混凝土结构构件耐火性能方面的一些理论储备有不少是参考了国外的规范。同济大学曾对5榀相同尺寸的单层无粘结预应力混凝土框架及3榀有粘结预应力框架和预应力钢丝进行了火灾试验[51，得出了一些有用的结论，主要有以下几个方面：f1)预应力混凝土结构构件在不同荷载作用下表现出不同的抗火性能。构件上作用的荷载越大，则构件抗火性能

5、越差。f2)预应力混凝土结构构件中无粘结的构件比有粘结的构件耐火性能要差。(3)预应力混凝土结构构件在制作时所施加的预应力越大，则其耐火性能相对较差。(4)预应力混凝土结构构件在高温环境下其强度、弹性模量随着温度的不断升高而逐渐降低，而且降低的速率越来越大。而预应力混凝土结构构件的延伸率则随着温度升高而不断升高，升高的速率也是越来越快。3预应力混凝土结构构件耐火性能研究的现存问题目前关于预应力混凝土结构的耐火性能研究尚存在以下问题：f11各国研究学者目前所做的关于预应力混凝土结构构件耐火性能的研究基本上停留在构

6、件的阶段，并没有使用过整体结构来进行试验研究，使得现今得出的相关理论的可行性值得商榷。(2)目前大部分的试验研究都把注意力集中在单个构件本身的内力发展及变形情况上，很少有考虑到相邻构件在无高温作用下对在高温作用下的构件的影响程度。(3)预应力混凝土结构构件在高温作用下会发生相应的预应力损失，但在目前的试验中很难去测定这一变化，这是以后的工程中必须考虑的问题。4预应力混凝土结构构件耐火性能研究的发展方向目前各国关于预应力混凝土结构构件耐火性能研究理论均未成熟，如能正确把握未来的研究发展方向，必然会对我们将来的研究

7、工作产生良好的引导作用，主要包括以下几个方面：(1)预应力混凝土结构构件耐火性能研究不能单纯局限于钢筋这一种材料，如现今应用广泛的高强预应力钢丝和钢绞线。因此非常有必要对高强预应力钢丝和钢绞线的耐火性能作出深入研究，特别是蠕变理论在高强预应力钢丝和钢绞线上的性能表现更加值得关注。(2)可以将非线性有限元分析方法引入到预应力混凝土结构构件耐火性能研究之中，用具体的三维有限元模型将高温作用下的混凝土结构构件表达出来，并且模拟出结构构件相应的应力应变变化情况，从而可以确定预应力混凝土结构构件非线性有限元分析基本方程的

8、一些基本参数。(3)现今大跨度、大空间结构越来越多，想通过试验的手段来研究这种类型的预应力混凝土结构的耐火性能显然不现实。当然可以通过采用缩小比例的模型来模拟实际结构，但采用这样的实验来研究得出的结果还是与实际结果存在不小误差，因此通过计算机数值模拟来进行研究是一个首选途径。参考文献：【1】1AshtonLA．Thefire—resistanceofprestressedconcret