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HRB500级钢筋混凝土适筋梁常温及高温后的土木工程力学性能试验研究

时间:2018-07-22 21:09来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业旨在培养适应社会主义现代化需要,具有扎实的技术基础理论和必要的专业知识、较强的外语和计算机应用能力,有一定的分析解决工程实际问
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业旨在培养适应社会主义现代化需要,具有扎实的技术基础理论和必要的专业知识、较强的外语和计算机应用能力,有一定的分析解决工程实际问题能力及工程设计能力,有初步的科学研究、科技开发能力和管理能力的铁道工程高级专业技术人才。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇土木工程论文,供大家参考。
 
第1章 绪论
 
1.1研究的背景和意义
1.1.1研究背景
火的发明是人类进化的开端,其有效利用是人类文明的一大进步,为人类文明的发展进步树造了丰功伟绩。自远古时期的敲石取火到如今的众多生火方式,火伴随了人类大约 170 多万年,见证了人类的进化、社会变革及发展的光辉历程。火,亮丽光鲜的背后也隐藏着众多安全隐患,其致力于人类的发展进步 170 余万年,于人类做出了不可磨灭的贡献,同时也带来了无数次几近毁灭性的灾难,给人类以惨痛教训;火,若使用不当,就会酿成灾害,打破安定、有序的生活和工作,对人类的健康、生命亦构成严重威胁,影响着社会的稳固发展[1]。现实生活中存在众多类型灾害,火灾发生的概率和危害性居于首位,尽管对人类的生产生活构成严重威胁,但我们又不能于无火的条件下独立生存,因此必须对火进行合理应用和加以防范[2]。引发火灾的因素很多,包括生活中的炊事、取暖、烟花燃放及电器设备操作不当等都会导致大型火灾的产生。另外,火灾往往也多种形式出现,从发生的概率和总体损失状况分析来看,首当其冲的应是建筑火灾[3]。现就国、内外典型的火灾案例作简要介绍:1871 年,芝加哥大火事件,1/3 城市被毁,近 1/2 人群无家可归;1958 年,美国芝加哥某学校发生的火灾,1700 座建筑被毁,95 名师生丧生,50 万人失去住所;2010 年 11 月,上海市静安区一公寓发生大火,58 人遇难,70 余人受害入院治疗,建筑过火面积 1.2 万 m3;2013年 1 月,巴西一夜店失火,近 400 人伤亡。由此可知:无论是发达国家还是发展中国家,都有发生火灾的可能,而且都会为此付出惨重代价。数据表明:我国火灾总体损失低于发达国家,自上世纪 50 年代的年平均损失0.5 亿元上升 80 年代的 3.2 亿元,约以 1.98 倍的态势发展;进入 90 年代火灾损失更加严重,1990 年~1996 年间,火灾造成的直接经济损失分别为:5.4 亿、5.2 亿、6.9 亿、11.2 亿、12.4 亿、11.0 亿和 10.3 亿[4]。
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1.2国内外抗火研究现状
目前,国内、外在钢筋混凝土抗火性能研究领域已非常广泛,内容主要包括:建筑火灾发展趋势、钢筋和混凝土材料高温力学性能研究、钢筋混凝土结构、构件火灾下的力学研究、钢筋混凝土结构抗火性能设计方法的研究;钢筋混凝土结构高温后的剩余承载力、性能退化情况和加固、修复方法等方面的研究。实际火灾过程包含:初期、发展和衰减(熄灭)三个基本阶段,其中发展阶段的持时和构件历经最高温度对结构的抗火性能起到决定性的作用。火灾场温度-时间曲线与结构布局、火荷载性质、房间面积、通风状况等有着直接关系,而材料的热工性能等因素间接影响构件内部温度场变化。混凝土为热惰性材料,截面核心区域在降温段受外围较高温度的混凝土影响,在较短时间内温度持续上升。混凝土的本构关系主要取决于其历经最高温度,但降温过程一定程度上也影响混凝土结构的力学性能。目前多国研究机构都给出了相应的温度-时间标准升温曲线,如:ISO-834 标准升温曲线、HC 标准升温曲线、RABT 标准升温曲线等,尽管 ISO-834 标准升温曲线与真实火灾情况存在一定差别,但仍被普遍作为火灾试验温度场的衡量依据。当今世界火灾研究主要包括火灾试验和计算机软件火灾仿真模拟。发达国家于 20 世纪 40 年代就对不同类型的钢筋混凝土构件及预应力构件的抗火性能做了大量试验研究,包括高温下混凝土构件在单向、多向应力作用下的应力-应变关系以及强度、变形性能、建材高温下的力学性能、混凝土结构火灾下的温度场确定和升温过程、高温下的极限承载能力和耐火性等研究,为建筑行业提供了理论规范及行业准则。除此之外,还在原有火灾物理、火灾化学、火灾足尺试验等大量真实火灾试验数据的基础上开发了 FDS、ANDINA、ABAQUS、ANSYS 等模拟软件,一定程度上攻克了真实试验成本高、工作繁琐的难题,其中一些软件还能够对火灾环境、烟气运动方式、火灾持续时间等其他火灾情况进行有效分析和预测[9]。
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第2章 钢筋和混凝土的热工性能和力学性能
 
2.1引言
建筑结构发生火灾时,通常由热辐射、对流、热传导等方式向构件表面传递热量。构件一般由不同材料性能的钢筋和混凝土材料组成,且两者受温度影响差别较大,高温导致构件承载性能变化,结构承载性能衰减,安全性也随之下降。若要研究钢筋混凝土试件的高温力学性能,首先确定其截面温度场的分布规律;其次是钢筋和混凝土的高温热工性能参数及力学性能参数。钢筋和混凝土的热工性能包括:热传导率、容重、比热膨胀等;高温下钢筋的力学性能包括:屈服极限、弹性模量、蠕变等;高温下混凝土的力学性能包括:抗压强度、抗拉强度、弹性模量、本构关系等。国内外对钢筋和混凝土高温作用下的热工性能及本构关系做了大量试验研究,本章将对此方面的研究成果作以阐述。
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2.2钢筋的热工性能
钢筋材质均匀,且具有良好的抗拉能力,作为构件的主受力材料,其高温下的强度指标与结构的承载能力有着密切的关系。大量高温试验结果表明:钢筋的强度和变形性能指标随温度升高逐步降低。混凝土作为建筑结构的主要承压材料,是由水泥、粗细骨料、水等经过一系列程序硬化而成的复合材料。受高温作用影响,混凝土中的自由水份流失,加之水泥浆体与骨料在热工性能方面存在差异以及选材、配合比、施工工艺等系列因素,粗、细骨料间产生不均匀膨胀、剥离,致使内部结构随温度延续恶化,其力学性能下降,进一步导致结构破坏加剧[1]。混凝土的热工性能包括导热系数、比热、容重和热膨胀系数等参数,本节将从一些专家对混凝土高温性能的试验结果、经验数据及理论成果阐述混凝土的热工性能参数的变化规律。
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第3章500MPa钢筋混凝土适筋梁力学性能试验概况.....25
3.1 引言....25
3.2 试件设计与制作.....25
3.3 火灾试验装置和加载制度 ........ 30
3.3.1 火灾炉高温试验装置 ......... 30
3.3.2 高温作用下荷载的确立 ..... 32
3.3.3 静载试验装置........... 33
3.3.4 加载制度......... 34
3.4 量测内容和试验步骤...... 35
3.5 本章小结..... 38
第4章500MPa钢筋混凝土适筋梁常温下的力学性能试验研究..........39
4.1 引言............. 39
4.2 试验现象及试验结果...... 39
4.3 试验梁受弯承载力分析............ 44
4.4 本章小结..... 46
第5章500MPa钢筋混凝土适筋梁高温后的力学性能试验研究..........49
5.1 引言............. 49
5.2 混凝土梁受火试验过程............ 49
5.3 高温试验结果........ 53
5.4 HRB500 级钢筋混凝土梁高温后静载试验结果 .... 55
 
第6章HRB500级钢筋混凝土适筋梁高温后极限承载力理论计算
 
6.1引言
正常使用中的钢筋混凝土试件一旦遭遇高温灾害损伤,其承载力会出现不同程度降低,甚至丧失,进一步导致结构局部或整体破坏。因此,钢筋混凝土构件或者结构高温损伤后的极限剩余承载力研究显得极为重要。大多均采用混凝土材料高温后的强度等效原则,即截面缩减法。按照常温承载力理论计算公式,获取高温极限承载力,通过实测值与理论计算值相比较,验证高温承载力理论计算公式的可行性、使用性及正确性。与此同时,通过高温后的 HRB500 级钢筋混凝土试件与常温试件相比较,得到了高温后极限承载力的退化情况。据已有的理论研究成果可知,钢筋混凝土试件无论是在高温下还是高温后,其静载的截面应变分布及破坏形态与常温构件极为相似。因此,高温构件的计算方法通常采用常温理论计算公式,唯一不同之处为钢筋和混凝土的高温强度退化情况和变形指标作了修正,其计算步骤如下:(1)通过截面定点热电偶测取历经温度最高值,划分截面温度界定线;(2)截面温度界定线划分的处于不同温度层的混凝土,其相应的强度折减系数不同,按照强度等效原则通常对原截面宽度进行缩减,得到等效后的截面尺寸;(3)按照常温承载力理论公式得到等效后的承载力理论大小值。
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结论
 
本文通过不同配筋率和高温时间两主要影响因素下的钢筋混凝土梁高温后的静载力学研究,以常温下的 HRB500 级钢筋混凝土试件静载力学性能试验为评定依据,对比、分析了两主要因素对钢筋混凝土梁极限承载力试验结果造成的影响,给出了配筋率和受火时间对受弯极限承载力的影响及变化规律,其基本结论如下:
1、HRB500 级钢筋混凝土适筋梁常温下的静载试验,其力学性能为三个基本阶段:弹性阶段、带裂缝工作阶段、破坏阶段;不同高度处的混凝土应变片在荷载作用下的应变值呈线性分布,中和轴随荷载增加而逐步上升;
2、HRB 500 级钢筋混凝土适筋梁力学机理与普通钢筋混凝土试件基本相同,按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)理论公式得到的常温极限承载力理论计算结果,与实测结果相比较,验证了理论值的可行性且具有一定的安全保证;
3、试件内部各测点温度随炉体温度升高而上升,整体变化规律基本相同;同一截面处不同测点在相同时间点,温度差值明显;各测点时间-温度曲线呈上升趋势,在 100℃时,各测点温度-时间曲线均出现拐点,升温速率下降,较高点的温度-时间曲线随内部位置增加向右发生偏移,与水分子在 100℃时挥发致使部分热量被带走而导致升温速率短暂性降低有一定关系;
4、单面受火的钢筋混凝土试件,两底角损伤最为明显,底部混凝土表面颜色较白、裂缝分布密集,有些位置出现蜂窝块状,并伴有局部混凝土脱落、龟裂等现象的出现,部分裂缝伸向内部发展;此种表观现象由底部表面向上发展并逐渐减弱,并表现出明显的层状分布,与实测的温度差值较为符合.
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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