火災(zāi)下混凝土雙向板非線性分析

1 緒論

1．1 引言

1．2 火災(zāi)及試驗(yàn)技術(shù)

1．3 材料高溫性能

1．4 板構(gòu)件火災(zāi)行為

1．5 結(jié)構(gòu)中樓板火災(zāi)行為

1．6 本書內(nèi)容

2 溫度場分析

2．1 引言

2．2 理論模型

2．3 溫度程序設(shè)計(jì)

2．4 算例分析

2．5 本章小結(jié)

3 鋼筋混凝土雙向板數(shù)值分析

3．1 引言

3．2 單元模型

3．3 本構(gòu)模型

3．4 非線性方程解法

3．5 程序設(shè)計(jì)

3．6 常溫下數(shù)值驗(yàn)證與分析

3．7 瞬態(tài)熱應(yīng)變模型分析

3．8 高溫下模型驗(yàn)證與分析

3．9 應(yīng)變參數(shù)分析

3．10 本章小結(jié)

4 混凝土雙向板火災(zāi)行為理論分析

4．1 引言

4．2 經(jīng)典理論

4．3 修正板塊平衡法（常溫）

4．4 修正板塊平衡法（高溫）

4．5 本章小結(jié)

5 結(jié)構(gòu)中樓板火災(zāi)試驗(yàn)研究

5．1 引言

5．2 試驗(yàn)樓概況

5．3 試驗(yàn)方案

5．4 試驗(yàn)結(jié)果

5．5 溫度場分析

5．6 本章小結(jié)

6 結(jié)語

參考文獻(xiàn)2100433B

《火災(zāi)下混凝土雙向板非線性分析》主要論述了混凝土雙向板的火災(zāi)試驗(yàn)研究及火災(zāi)行為的理論分析方法，反映了近年來國內(nèi)外在鋼筋混凝土板火災(zāi)行為研究方面的部分新進(jìn)展，其中包括《火災(zāi)下混凝土雙向板非線性分析》作者所取得的研究成果。全書共分6章，主要內(nèi)容為：溫度場分析、混凝土雙向板數(shù)值分析方法、混凝土雙向板*限承載力理論分析方法和結(jié)構(gòu)中混凝土連續(xù)板火災(zāi)試驗(yàn)研究等。

《火災(zāi)下混凝土雙向板非線性分析》可供高等院校有關(guān)專業(yè)師生以及從事混凝土板抗火工程設(shè)計(jì)和科研工作的技術(shù)人員使用。

為了深入研究面內(nèi)約束作用下混凝土板火災(zāi)行為，本項(xiàng)目開展約束作用下混凝土雙向板火災(zāi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論分析。 試驗(yàn)方面：通過十塊不同面內(nèi)約束工況混凝土雙向板火災(zāi)試驗(yàn)，獲得爐溫、混凝土和鋼筋溫度、板平面外（內(nèi)）變形、板角（平面內(nèi)）約束力等隨時(shí)間變化規(guī)律，觀測(cè)了試驗(yàn)中混凝土板裂縫及破壞特征。 研究表明，由于板角約束作用，簡支板及單（雙）向面內(nèi)約束板均出現(xiàn)板角弧形斜裂縫；與火災(zāi)下簡支板不同，單（雙）向面內(nèi)約束板板頂均易出現(xiàn)通長裂縫，且單（雙）向約束作用傾向于增加試驗(yàn)板豎向變形，原因在于約束作用引起的P-δ效應(yīng)。 數(shù)值方面：根據(jù)熱彈塑性理論和板殼單元，考慮面內(nèi)約束作用和含水率影響，建立了混凝土雙向板數(shù)值模型，發(fā)展程序?qū)γ鎯?nèi)約束混凝土試驗(yàn)板進(jìn)行數(shù)值分析，獲得了幾何(非)線性和混凝土膨脹應(yīng)變對(duì)約束試驗(yàn)板變形、彎矩分布和薄膜機(jī)理影響規(guī)律。此外，通過參數(shù)分析研究了約束類型、約束水平、長寬比、配筋率和板厚等對(duì)面內(nèi)約束混凝土板溫度場、變形、破壞模式和耐火極限等影響。研究表明，對(duì)任一約束工況，較大混凝土膨脹應(yīng)變導(dǎo)致約束板較大變形，且?guī)缀畏蔷€性影響不可忽略；面內(nèi)約束作用傾向于降低跨中彎矩和增大板邊負(fù)彎矩，且不利于板大變形階段受拉薄膜效應(yīng)發(fā)展；約束板火災(zāi)行為取決于約束類型、約束水平和長寬比等相互作用。 理論方面：基于塑性鉸線理論，考慮受拉薄膜效應(yīng)，提出鋼筋應(yīng)變差概念和應(yīng)變破壞準(zhǔn)則，結(jié)合板塊內(nèi)力平衡方程，建立常溫及火災(zāi)下面內(nèi)約束混凝土雙向板承載力計(jì)算方法。研究表明：鋼筋應(yīng)變差理論所得薄膜效應(yīng)階段混凝土雙向板荷載-位移曲線較為合理，且能夠確定混凝土雙向板極限狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)。 本項(xiàng)目研究成果可為實(shí)際工程中提高混凝土雙向板抗火性能提供參考。 2100433B

本項(xiàng)目擬利用試驗(yàn)爐，對(duì)面內(nèi)約束作用下鋼筋混凝土雙向板進(jìn)行火災(zāi)試驗(yàn)；試驗(yàn)時(shí)測(cè)量沿板厚方向混凝土和鋼筋溫度，以及板的平面外和平面內(nèi)變形；同時(shí)，考察試驗(yàn)過程混凝土板裂縫及破壞特征，與已有受火簡支板的破壞特征進(jìn)行對(duì)比。. 根據(jù)熱彈塑性理論和板殼單元，考慮面內(nèi)約束作用的影響,建立混凝土雙向板數(shù)值模型；發(fā)展相應(yīng)的計(jì)算程序，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證計(jì)算模型及程序的有效性；利用程序，分析主要參數(shù)（跨厚比、配筋率和面內(nèi)約束作用等）對(duì)混凝土雙向板火災(zāi)行為的影響規(guī)律。此外，基于修正板塊平衡法，同樣考慮面內(nèi)約束作用，建立火災(zāi)下混凝土雙向板的極限承載力計(jì)算方法，并將計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

在已完成的12塊不同邊界條件鋼筋混凝土雙向板足尺抗火試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擬對(duì)結(jié)構(gòu)中的2塊1×1跨鋼筋混凝土雙向板、2×2跨和3×2跨連續(xù)雙向板進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土雙向板在使用荷載下按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO834升溫曲線進(jìn)行抗火試驗(yàn)，研究雙向板的裂縫發(fā)展情況、破壞模式、極限承載力；測(cè)試雙向板沿厚度方向的溫度場分布以及板的撓度隨火災(zāi)持續(xù)時(shí)間的變化規(guī)律；結(jié)構(gòu)中與雙向板相連的其他構(gòu)件和支承部分的內(nèi)力重分布情況。通過試驗(yàn)，可以研究結(jié)構(gòu)中板的約束部分對(duì)混凝土雙向板火災(zāi)行為的影響，同時(shí)可與已有的雙向板抗火試驗(yàn)結(jié)果相比較。. 在理論和計(jì)算分析方面，根據(jù)有限變形力學(xué)原理和Mindlin板理論，編制有限元程序分析結(jié)構(gòu)中雙向板在火災(zāi)作用下的力學(xué)行為及板的薄膜效應(yīng)；應(yīng)用板塊平衡法和能量法建立計(jì)算雙向板的極限承載力計(jì)算模型，從而為建筑結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)，以便于工程設(shè)計(jì)。