火灾后混凝土构件承载力损伤的数值分析与评估.pdf
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1、 第4 期 2 0 0 8 年4 月 广 东土 木与 建筑 GUANGDO NG ARC HI T EC T URE CI VI L ENGI N EE RI NG N o 4 AP R 2 o 略 火灾后混凝土构件承载力损伤的数值分析与评估 曾跃飞 张 强 ( 广 东建设职业技术学院 广州 5 1 0 4 5 0 ) 摘要 : 结合 工程 实例 , 对火灾后建筑物混凝土构件 的承栽 力进行数值计算和分析 , 给 出其计算方法 以及损伤评 估的 注意事项 , 供检测鉴定人员参考 。 关键词 : 火灾;混凝土构件 ;承栽力 ;数值分析 ;鉴定 火灾高温对构件的损伤程度是从混凝土表层往 里逐渐减弱
2、的 截面外部强度损失较大 内部核心区 则损失小甚至无损失 由于检测手段还存在不足 目前的检测试验结果一般无法准确反映这一规律 而在 目前的火灾损伤评估鉴定 中 大部分工程技术 人员都是直接根据钢筋混凝土材料的强度检测结果 来判断和确定构件强度和复核构件的承载力 因而 也就不能准确反映构件火灾受损的实际情况 。火灾 后混凝土构件承载力损伤评估应根据现场检测结果 和火场温度值 结合用火灾后构件剩余 承载力计算 结果来判断和确定 以下对某实例工程的火灾损伤 评估进行数值分析 并给出火 灾后混凝土构件承载 力的计算方法和损伤评估 的注意事项 1 工 程概 况及 火灾后 构件 检测 某 厂 房为 6层钢
3、 筋 混凝 土框 架结 构 建 筑 面 积 约 1 6万 m 2 , 除两侧楼梯 、 外墙及两侧有少量办公用 房墙体 外 其余为大空 间生产车间 , 其 中 2 4层建 筑平面如图 1所示 火灾从 2层开始燃烧 , 最终烧 至 6层才得到控制 , 其中 2 、 4层结构损伤较为严重 , 火灾前厂房已使用 4年多时间。 图 1 2 4层 建筑 平 面 示 意 图 经现场踏勘 、 检测和分析判断 , 确定各层的受火 温度分区其中灾害严重的 2层多数空问区域划分 为 7 0 0 C 9 0 0 C。 个别火点可能在 9 0 0 C12上。钻芯 52 取样检测强度最小的主要构件分别为 2 层 柱, 截
4、面为 8 0 0 8 0 0 配筋为 8 8 3 1 3 mm , 表层混凝土强 度为 1 2 8 M P a ; 3 层 梁, 截面为 3 5 0 9 0 0 , 表 层混凝土强度为 1 3 5 MP a 未损伤层混凝土强度检测 值为 3 2 6 MP a 以上两构件混凝土设计强度为 C 2 5 混凝土强度抽芯检测时对于某些变形较大和混凝 土大量崩塌 的楼板和次梁构件已无法加固而必须重 新浇捣混凝土 或无法钻芯取样和进行强度检测。 通过相关软件计算, 得出2 层 柱的设计内 力分别 为 : 轴力一 4 8 5 1 0 2 k N, 弯矩 = 1 0 1 k N m, 配 筋 1 4 3 5
5、m m 2 , 轴压比0 5 1 ; 3 层 梁构件的设 计内力如图 2所示。 ,7 78够 一 - 2m J 图2 3 层 梁弯矩包络图 2火灾后构件承载力损伤的数值计算与分析 2 1 柱正截面剩余承载力 选择钻芯检测强度最小的2 层) (柱计算其剩 余承载力 ,该层现场火灾温度分区为 7 0 0 9 0 0 , 火灾当量升温时间按文献 1 计算约为 6 0 m i n , 当量 温 度 为 9 0 0 C 。 根据 柱内力计算结果, e = M N = 2 0 8 m m 0 1 h : 8 0 mm 因此柱可按轴心受压计算 。 根据温度分 布场规律 , 火灾 当量时间为 6 0 m i
6、n时, 查文献 2 给 出的温度场计算 图表 可知四面受火的构件表面温 度 为 9 0 0 C 3 0 0 C 温度线距离构件表面约 5 0 ra m, 如 图 3所示 维普资讯 http:/ 2 0 0 8 年4 月 第4 期 曾跃 飞等: 火灾 后混凝土 构件承 载力损 伤的数 值分析与 评估 A P R 2 0 0 8 N o 4 一 1 5 4 3 w m 溶篙 乙十 出的是 目前所有构件温度场 的求解都是未考虑混凝 土发生崩塌的 因此不考虑混凝土崩塌 , 直接用温度 场求解方法计算或查有关 资料 可得 , 温度最高 的 角部 钢 筋 温度 为 4 3 0 o C,其 它 钢筋 温 度
7、根 据 温度 场 分 布规 律 可知应 比角部 钢筋 温度更 低 ,按此 温度 则 钢筋冷却后的强度损伤在 7 以内 。 但值得注意的 是 由于实际火灾时此梁角部混凝土发生崩塌 , 角部 钢筋直接受火灾高温损 伤 因此角部钢筋受火 温度应按 9 0 0 其余钢 筋根据温度场 的计算分 析 可 知 火 灾 时 的温 度 在 6 0 0 C 以 内 火灾 时 的 梁钢筋温度如图 4所示。 图 4火 灾 时 的梁 钢 筋 温 度 冷却后角部钢筋损失较大 , 按损伤 3 0 计算 其 余下部钢筋受高温有所损伤 , 但仅在 1 0 以内 , 为此 高温冷却后的角部钢筋强度折减系数取 K - 0 7 ,
8、其 余下部钢筋强度折减系数取 K 0 9 ,构件原混凝土 强度等级按设计 的 C 2 5计算。 通过计算或查有关资料 可得 高温冷却后的 截面宽度折减系数 K= 0 8 9 7 受压区高度为 : 一 一 厶 一Kba 】 Kbc t 】 (0 9x4x490 8+0 7x2x 490 8) x 300 一 0 8 9 7x 3 5 0 x1 0 xl 1 9 =1 9 7 1 mm 7 9 3 7 k N m, 满足设计要 求。 常温下构件支座正常使用的承载力 3 5 6 k N m, M u v M u=9 1 2 。 可知承载力损伤不大。 考虑此梁未损伤层的实际检测强度为 3 2 6 MP
9、 a 按 C 3 0强度等级计算剩余承载力 , Mu 8 9 3 1 k N m。 8 9 3 1 8 5 3 3 8 = 1 0 4 7 可知不同混凝土强度等级对 受压区火灾后的剩余承载力影响亦不大 ( 3 )火灾高温时的跨 中受拉区承载力 计算高温时的承载力 考虑梁角部混凝土崩塌 。 跨 中角部底钢筋直接受火 温度 9 0 0 C。 钢筋强度大 幅降低 。 高温时的折减系数取 K = 0 1 。 根据温度场的 计算分析可知 靠近角部的钢筋在火灾时的温度约 为 5 0 0 C。 K s = 0 6 。 其余钢筋约为 3 0 0 C。 Ks = 0 8 5 。火 灾时梁的钢筋温度如图 4 通过
10、计算或查有关资料 可得 火灾高温时的 K = 0 9 5 3 受压区高度为: : 一 厶 一Kbo t 1 Kbo t 1 , ( 0 1 x 2 + 0 6 0 2 + 0 8 5 2) x 4 9 0 8 3 0 0 0 9 53 x 3 50 x1 0 xl 1 9 =1 1 5 O mmGh =0 5 5x 9 0 0= 4 95 mm - A ( h 0 - 0 5 x ) = ( 0 1 x 2 + O 6 0 x D 8 5 x 2 ) x 4 9 0 8 x 3 0 0 x ( 8 6 5 - 0 5 x l 1 5 0 ) =3 68 6k N m 5 66 5k N- I
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