预应力混凝土结构抗火性能研究综述.pdf
《预应力混凝土结构抗火性能研究综述.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《预应力混凝土结构抗火性能研究综述.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 2年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CO NC RE T E AND C EME NT P R0DUC T S 2 01 2 No7 J u l y 预应力混凝土结构抗火性能研究综述 薛苏泉 ( 上海核工程研究设计院, 2 0 0 2 3 3 ) 摘要 : 通过 大量 文献 资料 的研 究与对 比分析 , 对预应 力混凝 土结构 火灾的研 究现状 进行 了综述 , 包括 高温( 火 灾) 条件下预应 力钢 筋和预应 力混凝土结构退化规律试验研 究现状、 温度 场的计 算、 构件承载 力计 算以及防 火和 灾 后处理等 , 展 望 了今后 的研 究方向
2、。 关键词 : 预应力混凝土 ; 抗 火; 温度场; 防火; 加 固 Ab s t r a c t : Ba s e d o n t h e c o mp a r a t i v e a n d a n a l y t i c a l i n v e s t i g a t i o n o n l a r g e n u mb e r o f r e s e a r c h r e f e r e n c e s ,t h e r e s e a r c h s u mma r i z a t i o n o n fi r e r e s i s t a n t p e r f o r ma
3、n c e o f t h e p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s i s c a r r i e d o u t ,w h i c h i n c l u d e s t h e s t u d y s t a t u s o f t h e d e t e r i o r a t i o n l a w o f p r e s tr e s s e d r e i n f o r c e me n t a n d p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s t ruc t u
4、 r e a t h i g h t e mp e r a t u r e c o n d i t i o n , t h e c a l c u l a t i o n o f the t e mp e r a t u r e fi e l d , t h e c alc u l a t i o n o f l o a d i n g c a p a c i t y o f s t ruc t u r e me mb e , fi r e p r e v e n t i o n a n d t h e t r e a t me n t o f p o s t d i s a s t e r
5、, e t c A n d t h e f u t u r e r e s e a r c h d i r e c t i o n s are p r o s p e c t e d Ke y wo r : P r e s t r e s s e d c o n c r e t e ; F i r e r e s i s t a n c e ; T e mp e r a t u r e fi e l d ; F i r e p r e v e n t i o n ; S t r e n g t h e n i n g 中圈分类号 : T U 5 2 8 文献标识码 : C 文章编号 : 1 0
6、 0 0 - 4 6 3 7( 2 0 1 2 ) 0 7 - 5 8 - 0 5 0前言 火灾是 自然和社会 的一种主要灾害 , 对人类社 会和 自然造成的破坏非常巨大。在所有火灾 中, 建 筑火灾造成 的损失最严重, 且直接影响人们 的各种 活动。研究这类火灾的发生和防治 , 开发有效的防 火 、 灭火技术具有重要的意义。近年来 , 预应力混凝 土结构 因其能适应更大 的跨度 , 具有更大的刚度及 承载力 , 已广泛应用于高层建筑的预应力混凝土楼 板 、 大跨度板式结构及 中小跨度的板梁桥。因此 , 开 展 预应力混凝 土结构 的火灾反应和抗火性能研究 很有意义 。2 0世纪 6 0年代
7、, 美国、 英格兰和荷兰等 国最先对火灾下预应力材料和构件进行了研究 , 许 多 国家建 成 了 能进 行 预应 力 结 构 抗 火 性 能研 究 的 大型试验装置, 并相继成立 了许 多预应力结构抗火 组织 ,如 P C I 、 F I P等 ,提出了预应力结构的设计准 则。 2 0世纪 9 0年代起 , 我国也开始重视预应力结构 的高温性能研究 , 西南交通大学 、 同济大学 、 青岛建 筑工程学院等使用 自行研制 的高温试验设备 , 对高 温下和高温后预应力钢筋的本构模型、 构件和结构 在 高温下 的反应 以及灾后评估修复等问题进 了大 量试 验研 究 , 取 得 了 丰硕 的成 果 。
8、本文 主 要 总结 了 国内外火灾下( 后 ) 预应力结构的性能研究状况 , 并 在此基础上 , 对以后的研究方 向进行 了展望。 1 预应力钢筋的高温性能 预应力钢筋 的强度在高 温下 的降低 速率较普 通钢筋的快 , 在高温下还易产生预应力损失 。当温 一 5 8一 度变化时 , 预应力钢筋会 因热胀冷缩现象而发生应 变变化 。处于高温环境 中的预应力钢筋 , 随温度升 高而产生 的伸长应变与温差之间不再 符合线性关 系, 这是因为高温作用同时会使预应力钢筋的弹性 模量发生改变 , 且预应力钢筋在处于比一般温度下 的应力状态更高的高应力状态 时 , 会 引起高温下钢 材 的蠕 变 和松 弛
9、 急增 , 从 而 导致 预 应 力? 昆凝 土 构件 中预应力 钢筋 的预 应力进 一 步损失 而减 少 。 预应力钢筋高温性能 的研究 主要 为以下两个 方面 : 强度 : 即温度对预应力钢筋名义屈服强度 和极限强度的影 响。 变形 : 包括不 同温度下 的弹 性模量 、 自由线膨胀、 蠕变等。 1 1 强度 预应力钢筋 比有明显 屈服点的普通钢筋对高 温作用更加敏感。当温度不高于 2 0 0 时 , 预应力钢 筋的强度下降较小 ; 当温度超过 2 0 0 C 后 , 预应力钢 筋强度随温度升高而降低 的速率 明显加快 , 残余 强 度 比与温度基本成线性关系 ; 超过 5 o o 时 ,
10、 预应力 钢筋强度会有很大的损失 】 。 文献f 2 给 出了高温下高强 度预应力钢 丝的名 义屈服强度和极限强度与温度的关系 ,试验表明 , 2 o o 时 的 强 度 值 为 室 温 下 极 限 强 度 的 8 8 7 8 , 4 0 0 C 时为 5 5 2 0 , 6 0 0 C 时为 1 4 2 4 ; 2 0 0 C 时强度 值 为室温 下屈 服强度 的 8 6 6 1 , 4 0 0 时为 5 6 1 8 , 6 0 0 C时为 1 2 8 0 , 并 根据本次试验结果 , 经 回 归分析后建立了力学模型。 薛苏泉 预应力混凝土结构抗火性能研究综述 吕志涛等口 还对预应力钢绞线和
11、预应力钢 丝 经高温作用后 , 分别采用不 同冷却方式对其强度 的 影响进行 了研究 , 结论为 : 冷却方式不同 , 冷却后 预 应力钢筋 的各力学指标有一定差别 , 但随所经历温 度的变化规律基本相 同; 经历高温作用并 冷却后 的 预应力钢筋 的各强度 , 经过短期 时效处理后 , 并没 有明显的恢复。式 ( 1 ) 和式 ( 2 ) 分别是空气冷却情况 下钢绞线和钢丝的极限强度。 O - b o b = 6 4 49 7 x1 0 t 3 - 8 8 41 5 x1 0 t 2 + 2 2 49 x1 0- 3 t + O 9 1 2 3 ( 1 ) O b o - =4 4 6 2x
12、1 0。 9 t s _6 05 3x1 0 t 2 +1 21 95x1 0 - 3 t + 0 9 2 5 7 ( 2 ) 1 2弹性 模 量 高温对预应力钢筋 的弹性模 量影响 比普通钢 筋更加显著 , 文献 5 给出 了预应力钢筋弹性模 量随 温度 的变化 曲线 , 可 以看 出 , 高温下预应力钢筋 的 弹性模量 随温度的升高而逐渐降低。文献 2 】 建立了 预应力钢丝弹性模型与温度的力学模型。 E s E , = I 0 0 3 0 9 7 0 9 9 1 0 1 4 9 2 5 x 1 0 T 2( 3 ) 式中 , Er 为温度 下的弹性模量 ; 最 为室温下 的弹 性模量 。
13、 1 3 温 度变 形 钢筋在高温中热膨胀系数并非常数 , 而是随着 温度 的升高而升高网 。图 1为普通钢筋和预应力钢 筋在高温作用下温度 和膨胀之间 的关系 , 国外学者 认为钢筋的热膨胀仅与温度有关 。 趔 捌 蕞 图 1 不同钢筋的热膨胀 文献 6 8 认为, 研究预应力 混凝土结构在火灾 下的行为必须要考虑材料高温下的蠕变特性 。文献 8 分别在 I O 0 C 、 2 0 0 C、 2 5 0 C 、 3 0 0 C、 4 0 0 o C 、 5 0 0 C 下 ,测定 了对应应力分别为 0 3 、 0 5 、 0 时 5高 强 钢丝 的蠕变 变 化 。达 到试 验 的温度 后 施
14、 加荷 载 , 然后维持温度和荷载恒定 , 测定 4 0 m i n内的蠕变量 随时间变化的情况。通过回归分析 ,得出f p , k = 1 5 7 0 MP a预应 力钢 丝高 温蠕 变模 型为 : 4 2 8 5 c r -1 6 1 4 4 4 0 5 7 8 一 = 1 6 4 x 1 0 o r t e ( 4 ) 式 中, 2 0 5 0 0 f p a = 1 8 6 0 MP a预应力钢绞线高温蠕变模型为 : 4 2 8 5 c r - 1 6 1 4 44 0 5 7 8 一 - =1 2 8 x1 0 e ( 5 ) 式 中 , 2 0 c I 二 5 0 0 2预 应力
15、钢筋 混凝 土结构 抗火 性 能试验 研 究 预应力结构 的抗火性与普通钢筋混凝 土结 构 的抗火性相似 。总体来说 , 随着温度的升高 , 预应力 筋的强度比普通钢筋强度 降低得更快 , 预应力结 构 的受力性 能也 比普通混凝土结构要差 ;但 同时 , 由 于预 应 力板 截 面裂 缝 开展 得 比普 通 混 凝 土板 晚 , 因 此 , 在一定时间内, 钢筋可以得到更好的保护 9 。 国外从 2 0世纪六 、七十年代开始对预应力结 构 的 高 温 性 能进 行 研 究 。 C a r l s o n 、 S e l v a g g i o n和 G u s t a f e r r o等对
16、有粘结预应力混凝土梁 、 预应力混凝 土简支板 、 预应力 混凝 土连续梁 、 板等结构或构件 在不同情况下 的抗火性能进行 了试验研究 , 并对预 应力混凝士结构的抗火性能提出了合理的计算 方 法 1 0 - 1 2 , 1 9 。G u s t de o通过 对 1 8个后 张预 应力 混凝 土 梁和板 的抗火试验 ,得出在 1 、 2 、 3 、 4 h抗火等级下 的保护层厚度和构件最小尺寸的建议值 。A s h t o n等 人也进行了一系列相应的预应力梁抗火试验研究 , 包括不同比例试件的耐火极限试验对 比。试验结果 表 明,预应力混凝土能满足结构 的不 同耐火等级 , 其 耐 火性
17、 能 主要 取 决 于 预应 力 筋 在 火 灾 中所 达 到 的温度 , 因此 , 预应力筋的保 护层厚度和梁 的截 面 形 式对预应力混凝 土结构 的耐火性能具有 明显 的 影 响, 结构在火灾下的承载力随混凝 土保护层厚度 的增加和荷载的减少而提高 , 且轻骨料预应力混凝 土板的抗火性能好于普通预应力混凝土板。 J o s e p h t l 3 】 等进行了后张无粘结预应力混凝土板的试验 , 着重 研究 了预应力钢筋保护层厚度对构件抗 火性能 的 影响 ,同时研究 了荷载 和端部约束情况 的影响 、 辅 助钢筋的作用等问题 。A b r a m s t 4 1 等人对不同骨料和 喷有隔
18、离层 的预应力混凝土构件进行试验 , 对各种 喷射材料 的隔热效果和预应力混凝 土构件 的抗 火 性能进行 了研究。 G u s t M e o 还进行 了高温下预应万 筋的锚 固试 验 , 结果表 明 , 与常温下的锚固强度相 比, 预应力筋的锚 固强度 随温度 的变化与预应力筋 强度随温度变化具有相同规律。 一 5 9 2 0 1 2年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 5期 2 1 静定结构抗火试验 文献 1 5 1 6 对 无 粘 结 预应 力 混 凝 土简 支 板 在 不 同火灾情况下进行 了试验 , 结果为混凝土的保护 层厚度对无粘结预应力混凝土板的耐火极限有明 显 的影响。
19、预应力度的不同也影响板 的耐火极限 , 预应力度大 的板 耐火极限长 , 反之则短 。板在火灾 作 用 下 的挠 度 和温 度 也 有 密 切 关 系 。板 的挠 曲在 6 0 0 C以上增加很快 , 说明板在炉温达 到 6 0 0 以上 后 , 刚度 明显下 降 , 板的变形速度随着温度的增加 逐渐加大。板受火后 , 在 1 5 0 C 左右 , 预应力小幅增 长 , 增幅约 1 0 1 9 , 且增长持续时间较长。 预应力 损失持续的时间相对较短 , 但 幅度较大。 文献 1 7 通过对先张预应力混凝土简支梁进行 的抗火试验研究 , 探讨 了高温后受弯构件的附加预 应力损失 、 抗裂度及强
20、度 , 结论如下 。 ( 1 ) 通过对高温后 的附加预应力损失研究 , 得 到高温附加预应力损失计算式 : 2 5 2 : 1 5 5 e 翔 ( 6 ) 式 中, 为高温后的附加预应力损失 ; 为常温下 预应力筋的有效预加拉应力。 ( 2 ) 高温冷却后 , 预应力混凝 土受 弯构件的开 裂弯矩降低幅度较大 ,在 4 0 0 C 时下降到常温时的 5 0 左右 , 7 0 0 时只有常温时的 2 0 左右 。 ( 3 ) 高温预应力混凝 土受弯构件 的强度与普通 混凝土构件高温后的强度下降幅度接近。 文献 1 8 】 着重对 高温下和高温后 的后张无粘结 预应力混凝土简支梁在恒载作用下 的
21、预应力损失、 变形 以及承载力进行 了研究 , 结论如下 。 ( 1 ) 高温将使预应力混凝土梁 的预应力发生变 化。对于预加载下的梁而言 , 升温开始阶段 , 由于梁 的变形 , 预应力有小 幅度增长 , 当温度到一定水平 时 , 预应力才开始下降。 ( 2 ) 冷却 会使 梁的挠 度得 到恢 复 , 梁 所经历的 温度越高, 其挠度恢复值越小。 ( 3 ) 随着温度的升高, 梁 的开裂荷载 、 屈 服荷载 和极限荷载呈下降趋势。 2 2 超静定结构抗火试验 连续板梁 的抗火性 比简支板梁要提高不少, 这 主要得益于两个方面 : 火灾试验 中 , 构件产生 的弯矩重分配可以增加支座处 的负弯
22、矩,减少跨 中 正弯矩 。 负筋离火远 , 可受到更好的保护 , 使构件 抵抗负弯矩 的能力强于抵抗正弯矩的能力。 文献 2 0 2 1 】 对单层单跨无粘结预应力混凝土 框架进行 了不 同恒载 、 不 同升温 曲线 、 不 同预应力 一 6 0一 度的火灾试验 , 并进行了分析 , 试验结果如下。 ( 1 ) 部分预应力框架结构的抗火性能优于全预 应力框架结构。 ( 2 ) 高温作用对热膨胀影响很大 , 梁柱 由于高 温热膨胀作用而伸长 , 从而在结构 中产生 附加内力 并造成预应力损失 , 加大结构在火 中的破坏程度。 ( 3 ) 在受火前期 , 预应力 的作用对结构抗火是 有利的 , 但
23、在受火后期 , 由于温度升高 , 导致预应力 钢筋 中预应力大量的损失 , 预应力筋的这一缺点体 现了其较差 的耐火性。 文献 2 2 2 4 对无粘结预应力混凝土连续梁板 进行了受火试验研究 , 结论如下 。 ( 1 ) 在板 的边跨和 中跨 , 有沿预应力筋 的纵 向 裂缝 、 沿板 背面向支座方 向发展 的斜裂缝 、 支座以 外的板底纵向裂缝 、 板侧面的竖向弯曲裂缝。 ( 2 ) 板 受火初期 , 预应力有小 幅增 长 , 幅值 约 l 1 2 3 , 且增长持续时间较长 , 预应力损失持续 时间较短 , 并有拉断现象。 ( 3 ) 负弯矩筋的长度对板破坏形式影响 明显 , 而预应力大
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 预应力 混凝土结构 火性 研究 综述
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【z****6】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【z****6】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。