单侧火灾下预应力混凝土多梁肋T型结构翘曲分析.pdf
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1、第 3 2卷 第 2期 2 0 1 5年 3月 建筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l E n g i n e e r i n g Vo 1 3 2 NO 2 M a r 2 O1 5 文章编号 : 1 6 7 3 - 2 0 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 5 2 0 6 单侧火灾下预应力混凝 土多梁肋 T型结构 翘 曲分析 张 岗 , 姜长安 , 刘 扬 。 , 王翠娟 , 贺拴 海 ( 1 长安大学 公路学院 , 陕西 西安7 1 0 0 6 4 ; 2 陕西省交通建设集团公
2、司 , 陕西 西安7 1 0 0 7 5 ; 3 贵州省交通 运输厅 , 贵州 贵阳 5 5 0 0 0 0 ;4 长安 大学 工程机械学院 , 陕西 西安7 1 0 0 6 4 ) 摘 要 : 为研 究火 灾下预应 力 混凝 土 多梁 肋 T 型结 构翘 曲形 态 , 建 立 了梁 肋单 侧 火 灾 下预 应 力 混凝 土多梁肋 T型结构的火灾模型, 给 出了翘 曲计算方法, 采用 ANS YS分析 了梁肋单侧 火灾下预应 力混凝 土 多梁肋 T型 结构翘 曲规 律 。研 究结 果表 明 : 边 肋 外侧 受 火 时 , 边 肋 在 四分 点 的 横桥 向 凸 翘显著 , 沿纵桥 向翘曲呈
3、w 型, 桥 面板呈单侧 翼缘板翘 曲或双侧翼缘板翘 曲形 态; 边 中肋 间受火 时 , 梁肋 横桥 向翘 曲呈 V 型 , 翘 曲值 大 ; 中肋 间受 火时 , 梁 肋横 桥 向翘 曲呈倒 W 型 , 桥 面板 形成 受 火 区鼓 包形 态 ; 所得 结论 可 为预应 力混 凝土 多 梁肋 T 型结 构 火灾后 评 估提供 科 学依 据 。 关 键词 : 结构 工程 ; 预应 力混 凝土 ; 多 梁肋 T 型结 构 ; 单侧 火灾 ; 翘 曲; 翼缘 板 中图分类 号 : U4 4 3 3 5 文献标 志码 : A An a l y s i s o f Bu c k l i n g f
4、o r Pr e 。 。 s t r e s s e d Co nc r e t e M u l t i - b e a m T- - s ha pe d St r u c t u r e Ex p o s e d t o Uni l a t e r a l Fi r e Z HANG Ga n g ,J I ANG C h a n g a n ,LI U Ya n g ,WANG Cu i j u a n ,HE S h u a n h a i ( 1 S c h o o 1 o f Hi g h wa y,Ch a n g a n Un i v e r s i t y ,Xi a n 7
5、1 0 0 6 4 ,S h a a n x i 。Ch i n a ;2 S h a a n x i P r o v i n c i a l Co mm u ni c a t i o n Co ns t r uc t i o n Gr o up,Xi a n 7 1 007 5,Sh a a nx i ,Chi na;3Gui z h ou Pr ov i nc i a l Tr a ns p or t a t i on De p a r t me nt ,Gui y a ng 5 5 00 00,Gui z h ou,Ch i n a;4 S c ho ol of Co ns t r uc
6、 t i on M a c hi ne r y,Cha n g a n Uni ve r s i t y,Xi a n 7 1 00 64,Sh a a nx i ,Chi na ) Ab s t r a c t :I n o r de r t O s t u dy t he s ha pe of bu c k l i ng f o r pr e s t r e s s e d c o nc r e t e mu l t i b e a m T s ha p e d s t r uc t u r e e x p os e d t o f i r e。t h e f i r e mod e l
7、f o r p r e s t r e s s e d c o nc r e t e mul t i be a m T s ha p e d s t r u c t u r e e xp os e d t o un i l a t e r a l f i r e wa s pr o p os e d,a nd t he bu c kl i ng c a l c ul a t i o n me t ho d wa s p ut f or wa r d M o r e o ve r,t he b uc kl i ng l a w f o r p r e s t r e s s e d c o nc
8、 r e t e m u l t i be a m T s ha p e d s t r u c t u r e e x p os e d t o u ni l a t e r a l f i r e of gi r d e r wa s a n a l y z e d by ANSYSThe s t ud y r e s u l t s i nd i c a t e t h a t whe n bi a s gi r d e r i s e x po s e d t o u ni l a t e r a l f i r e,t r a ns v e r s e bu c k l i ng o
9、 f g i r de r a t q ua r t i l e i s ob v i o us,i t pr e s e n t s W s h a pe a l o ng l o n gi t u d i na l br i d ge s pa n,d e c k pr e s e n t s a s ha p e of b uc kl i ng f o r s i n gl e f l a n ge pl a t e or do ub l e f l a n ge pl a t e s Tr a n s v e r s e bu c k l i ng o f g i r de r p r
10、 e s e nt s V s ha pe wh e n g i r de r e x p os e d t O f i r e b e t we e n b i a s a n d mi d dl e gi r de r s , i t s bu c k l i ng v a l ue i s hi g h Tr a ns v e r s e b uc kl i n g o f gi r d e r pr e s e n t s a r e v e r s e d W s ha p e whe n gi r d e r e x po s e d t o f i r e be t we e n
11、 m i dd l e g i r d e r s ,de c k p r e s e nt s a c o nv e x s ha p e The ob t a i n e d c o n c l us i o n c a n pr o v i d e s c i e nt i f i c r e f e r e nc e f o r e s t i ma t i ng t he pr e s t r e s s e d c on c r e t e m u l t i be a m T s h a pe d s t r u c t u r e a f t e r f i r e Ke y
12、wo r d s :s t r uc t u r e e n g i ne e r i ng;p r e s t r e s s e d c o nc r e t e;m u l t i b e a m T s h a pe d s t r u c t ur e;un i l a t e r a l f i r e;bu c k l i ng;f l a ng e p l a t e 收稿 日期 : 2 0 1 4 - 0 7 - 2 1 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 1 3 0 8 0 5 6 ) ; 中央高校基本科研业务费专项资金项 目( 2 0 1 4 G2 2 1 0
13、0 0 3 ) 国家留学基金项 目( 2 0 1 4 0 6 5 6 5 0 1 3 ) 作者简介 : 张岗( 1 9 8 0 一 ) , 男 , 甘肃庆阳人 , 副教授 , 工学博士 , 博士后 。 E ma i l : z h a n g g 一 2 0 0 4 1 2 6 t o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 张 岗, 等: 单侧火灾下预应力混凝土多梁肋 T型结构翘曲分析 5 3 0 引 言 桥梁火灾是概率事件 , 从概率上讲 , 桥梁火灾又 是一必然事件 。T型梁桥在中国桥梁建设 中以其结 构 优 势 占有 绝 对 数 量 1 , 因此
14、 T 型 梁 桥 发 生 火 灾 的概 率相 对较 高 , 轻 则 维 修 , 重 则 拆 除 , 造 成 了资 源 的严 重浪 费 , 若要 对桥 梁火 灾很 好地 把控 , 必 须 了解 火灾下桥梁结构的力学效应 , 方可形成整套预测与 评价技术 。目前对桥梁结构火灾仍还停留在认识层 面 , 未做太多透彻分析与深入研究 , 致使桥梁结构火 灾体 系形 成缓 慢 。各 国关 于钢 筋 混凝 土梁 和板 的 研究相当丰富, K o d u r 等 。 分析了钢筋混凝土梁 的 力学行为, 提出了预测钢筋混凝土梁耐火时间的数 值模 型 ; 董毓 利 通过 考 虑 薄 膜效 应 提 出 了钢筋 混
15、凝 土 板 的极 限承 载 力计 算 方 法 ; 傅 传 国等 基 于截 面单元法提 出了火灾高温下预应力型钢混凝土抗弯 承载力的简化计算公式 。各 国关于预应力混凝土梁 式结 构 的研 究 资料 匮乏 , 张 昊宇 等 研 究 了适 用 于 预应 力 桥梁 结 构 的 1 8 6 0级钢 绞线 的力 学性 能 , 李世 安口 妇 对火灾过程预应力混凝土梁桥力学性 能进行 了研究 , 李刚等口 。 研究了无粘结预应力框架在火灾 下的高温反应状况 ; 高立 堂等_ 】 。 对火灾后三跨无粘 结 预应 力 混凝 土连 续 板 进 行 了性 能试 验 研 究 ; 张 岗 等 口 。 针 对桥 梁结
16、构 的环 境 火 灾 特 性 , 建 立 了适 用 于桥 梁结 构开 放 空 间 的环 境 火 灾 模 型 , 研 究 了环 境 火灾下混凝土空心薄壁墩的温度时程分布及桥面火 灾 全 程 中钢筋 混 凝 土 多 肋 T 型梁 桥 的 温度 分 布 状 况和跨中梁体的空间变形规律 , 采用数值模拟 的方 法 分 析 了整肋 火 灾 下 预 应 力 混 凝 土 多 肋 T 型 梁 桥 的桥 面平 整度 , 揭 示 了多 种 火 灾 过程 中多 梁 桥 的整 体力学特性。以上研究涉及钢筋混凝土梁和板、 预 应力混凝土梁和板 的高温力学性能 以及预应力桥梁 材料 的高温力 学 特 性 , 或 涉 及
17、桥 面和 整 肋 火 灾 下混 凝土梁桥的高温力学行 为, 但未涉及畸形火灾下多 肋预应力混凝土梁桥的力学效应 , 未给 出其空间翘 曲形 态 。本 文 综合 混 凝 土 和 预应 力 钢束 材 料特 性 l o - 1 1 , 在相关研 究基础上 , 研究 梁肋单侧 火 灾 下 预应力 混凝 土 T 型结 构翘 曲规 律 , 研究 结 果 可 为预应 力混 凝 土 多梁 肋 T 型 结 构抗 火设 计 和 灾 后 评估提供依据。 1 温升 曲线 与边界条件 燃烧 曲线的表达式 6 如下 T = = = 1 2 9 6X ( 1 0 3 2 5e 一古一 0 6 7 5 e - ) + To
18、( 1 ) 式中: t 为时间; T 为受火温度 ; T o为初始温度 。 复合 边界 条件 为 q 一 ( 丁 一T ) 十v 6 ( a e T: 一e ) ( 2 ) 式 中 : q为 热 流 量 ; 为对 流 换 热 系数 _ 】 ; T 为混 凝 土表面温度 ; T a 为环境平均温度 ; 为混凝土表面黑 度 系 数 , 一0 9 4 ; 为 辐 射 系 数 , 一 5 6 6 7 X 1 0 W ( m。 K ) _ 。 ; a为 表 面吸热 系数 , a 一0 9 5 ; e 为 火 表 面发 热 系 数 , e 一1 0 ; e 为 混凝 土 表 面 散 热 系 数 , e 一
19、0 9 5 。 2 材料特性与工程特点 2 1 材料 特性 根据相关研究文献 9 1 5 , 混凝土和预应力 钢筋的热力参数如表 1 所示 。 2 2 工 程特 点 某预应力混凝土多肋 T型梁桥的横断面如图 1 所 示 。该桥 横桥 向 为 由 4片 预 应 力 混 凝 土 T 型 梁 组成的多梁肋 T型结构 , 单片梁宽度为 2 4 m, 桥面 总宽度为 9 6 m, 等跨简支体 系, 计算跨径 长度为 2 0 0 m, 单 跨在跨 中和 四分点 处各设 置横 隔板1 表 1材料热力参数 Tab 1 The r m a l M e c ha n i c s Pa r a m e t e r
20、s f o r M a t e r i aI 导热 系数 比热容 热膨胀 系数 强度折减 弹性模量 材料类 型 温度 密度 ( k gm ) 泊松 比 w ( mK) - 1 J( k gK) 一 1 0 6 系数 折减系数 2 O 1 6 8 5 0 2 4 8 9 0 1 5 6 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 1 5 9 3 9 2 3 8 8 0 1 5 8 0 0 0 1 0 0 0 0 7 0 0 混 凝 土 6 O O 1 2 1 1 36 2 1 6 4 0 1 5 11 0 0 0 0 5 8 4 O 3 7 0 1 O O O 0 9 1 3 3 4
21、 1 9 4 0 0 1 5 1 4 0 0 0 0 1 9 2 0 2 8 0 2 0 5 3 3 4 4 0 7 8 5 0 0 3 0 6 1 6 O 1 0 0 0 1 0 0 0 预应力 2 0 0 4 7 3 5 3 O 7 8 5 0 0 3 0 7 6 0 0 1 0 0 0 0 8 7 0 钢筋 6 O O 3 4 O 7 6 O 7 8 5 0 0 3 0 1 0 8 0 0 0 4 0 0 0 2 4 0 1 0 O O 2 7 3 6 5 O 7 8 5 0 0 3 0 1 4 0 0 0 0 0 5 0 0 0 3 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u
22、 .c o m 5 4 建 筑科 学与工程 学报 2 0 1 5丘 N S cs 。 渊土现 浇 层 , ,索 , , i i i ( a ) 主梁 横 断面 ( b ) T柒尺 寸 图 1横断面( 单位 : c m F i g 1 Cr o s s S e c t i o n ( Un i t : c m) 道 , 混凝 土桥 面铺 装 层 视 为 自重荷 载 。由相 关 研 究 资料可知 1 : 单片 T型结构梁肋厚度 为 2 0 c m, 梁 肋高度为 1 4 0 c m, 翼缘板根部高度为 2 5 c m, 端部高 度为 1 0 c m; 混凝土保护层厚度为 5 0 c m; 预应力钢
23、 束 管道 中心 至 混 凝 土边 缘 的距 离 为 1 0 c m; 主 梁 的 混 凝土 标号 为 C 5 0 。 对 于 多梁 肋 结构 , 主要 分 析其 各 片 梁肋 在 某 种 荷载下的相互影响的力学性 能。假设该 T 型梁桥 桥跨为东西走 向, 横桥 向为南北走 向, 图 1中的 N 和 S分别表示梁桥横桥 向的北、 南 2个方 向, 以便于 梁 肋受火 面 的标注 。 3 工况算 法与火灾模型 3 1 工况 算法 预应 力混 凝 土 多 肋 T 型 结 构 桥 面 和 梁 肋 翘 曲 变形 时程 函数 关系 为 D , 一ma x ( D) 一厂 ( T , G, ) 1 D
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- 火灾 预应力 混凝土 多梁肋 结构 分析
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