第十四次,火灾后当量时间,单筋梁.ppt

钢筋砼结构火灾后剩余承载力的当量升温时间 1 引言 我国每年发生约20 25万次火灾 70 为建筑火灾 建筑火灾一旦轰燃 必然会对建筑结构形成不同程度的损伤 甚至导致结构倒塌 一般来说 火灾中结构倒塌的可能性不大 但火灾损伤会使结构强度变小 可靠度降低 大量在火灾中受到强度损伤的钢筋混凝土结构在火灾后要进行加固补强才可继续使用 结构加固补强一般采用等强方案 这就要求在火灾调查后较准确地推断出钢筋混凝土结构在火灾后的剩余承载力 一般步骤 以失火房间为对象调查火灾中实耗可燃物 确定火灾荷载 由房间热平衡方程确定平均温度 时间曲线 确定构件截面温度场 确定构件材料火灾后强度 确定构件剩余承载力 由于影响火灾房间平均温度的通风系数和火灾荷载的不定性 确定房间平均温度 进而确定构件剩余承载力需要专用计算程序 如果能将上述过程统一在标准升温曲线下计算 将会使计算工作大为简化 2 火灾房间平均温度 时间曲线计算 2 1火灾荷载 通风系数 可燃材料单位发热量R MJ kg 2 2火灾房间平均温度 时间曲线计算 3 实际火灾中钢筋混凝土柱截面温度场计算 4 钢筋砼结构火灾后剩余承载力的当量时间 4 1火灾后钢筋和混凝土的强度 国际建筑科研与文献委员会第十四分 CIBW14 研究结果 热轧钢筋受热不超过600 时 冷却后强度完全恢复 当受热温度为700 时 冷却后强度为常温强度的80 我国公安部四川消防科学研究所也得到同样结果 四川消防科学研究所根据试验研究对混凝土受火后的强度 4 2实际火灾后混凝土柱的剩余承载力 火灾后钢筋混凝土结构的加固补强主要是补足因混凝土受火后的强度损伤 所以评估火灾对钢筋混凝土构件的强度损伤可选择素混凝土构件 在所有构件中轴心受压构件混凝土强度的作用最为充分 以轴心受压混凝土柱为对象来评估火灾温度对钢筋混凝土结构的影响 4 3标准火灾后混凝土柱的剩余承载力 数值计算表明 当用于对比的柱截面400 400mm改变为300 300mm时 当量时间数值稍微变化 回归平均误差为2 5 5 结论 给出的当量时间 可方便地用于钢筋混凝土结构火灾后的剩余强度评估 避免了直接使用房间热平衡所得温度 时间曲线作为构件的受火条件解算截面温度场 使火灾后结构强度鉴定工作大为简化 第四节单筋矩形梁正截面承载力计算 一 试验研究 火灾时正截面有两种可能的破坏形式 适筋破坏和超筋破坏 1 适筋破坏 1 梁承受给定荷载P后 受拉钢筋产生初始拉应力 受压区砼产生初始压应力 2 3 当受拉区受火时 钢筋强度降低快于砼 4 构件的初始应力状态基本保持不变 内力臂也不变 此时 即使砼的应力图形有所改变 也将维持合力和形心位置不变 M不变 5 砼被压碎而截面破坏 6 当受压区受火时 若梁的配筋率不是太高 在砼的最大压应变达到其极限压应变前 钢筋应力将达到屈服强度 此后梁的破坏过程与受拉区受火时相同 适筋破坏 钢筋先屈服混凝土后压碎的破坏形式 此时 截面承载力主要取决于受拉钢筋 跨中截面即受拉区受火时截面的破坏肯定是适筋破坏 支座截面即受压区受火时既可能发生适筋破坏 也可能发生超筋破坏 2 超筋破坏 超筋破坏 受拉钢筋屈服前由于受压区混凝土被压碎引起的破坏 只发生在支座截面 1 当受压边缘处的砼的抗压强度随温度升高而降低到该处砼的初始压应力时 该处砼就会向其内侧砼纤维卸荷 进入应力应变曲线的下降段 砼的应力图形开始改变 2 随砼的强度降低 应变发展 受压区高度增加 内力臂变小 所以钢筋应力必然增大 3 当配筋率较高或钢筋得到较好保护时 十字形或花蓝形 钢筋温度降低不大 而混凝土应变在不断发展 最终必然会使受压边缘处的砼应变达到极限压应变 砼被压碎而截面破坏 4 此时钢筋的应力尚未达到屈服强度 5 截面承载力由受压区砼控制 在受弯构件耐火试验中 除上述两种破坏形式外 尚未发现因钢筋和混凝土之间的粘结力破坏引起的破坏形式 二 基本假定 1 高温下钢筋的应力应变曲线 2 混凝土高温下的应力应变曲线 3 截面应变为线性分布 4 受拉区拉力全由钢筋承担 5 用截面宽度折减系数把受压区折算成阶梯形 受压区受火 和矩形 受拉区受火 三 适筋梁受压区最大计算高度 当受拉钢筋达到屈服 的同时 受压区混凝土刚好被压碎 是适筋破坏和超筋破坏的界限 此时受压区计算高度为适筋梁的最大计算高度 混凝土应变增大系数取1 5 钢筋的温度取各根钢筋的加权平均值 梁为适筋破坏 梁为超筋破坏 四 截面抵抗弯矩计算 采用的假定和常温下的假定相同或相似 不同处是支座截面的受压区为阶梯形 常温下 矩形截面的分析结果可推广到T形截面和圆形截面 高温时矩形分析结果也可近似推广到受压区为阶梯形的支座截面承载力计算 1 受拉区受火时抵抗弯矩的计算 1 1 考虑混凝土后期强度的系数 跨中截面肯定发生适筋破坏 必然满足 当截面为十字形或花蓝形时 由于受压区受到楼板保护 取 2 受压区受火时抵抗弯矩的计算 否则 当手算时 可采用下述三个步骤 1 判断中和轴大致位置 若 则 2 求中和轴准确位置 阶梯形高 受压区分为一个阶梯形和一个矩形 其面积系数 形心距 矩形高 宽度 3 求抵抗弯矩 把阶梯形和矩形受压面积上混凝土合力分别对受拉钢筋取矩 然后相加即得抵抗弯矩 令 当为十字形或花蓝形时 钢筋受到楼板保护 单筋梁承载力计算步骤 1 受拉区受火 跨中截面 1 查表确定钢筋温度2 计算钢筋热态缩减截面 3 查表确定受压区宽度折减系数4 计算受压区计算高度 5 计算极限弯矩 2 受压区受火 支座截面 1 查表确定钢筋温度2 计算钢筋热态缩减截面 3 判断中和轴大致位置 4 计算中和轴准确位置 5 计算抵抗弯矩 适筋破坏 超筋破坏 例 钢筋混凝土简支梁 梁外抹灰20mm 配3 20钢筋 C20 试求受标准火烧1 5h时的承载力 并与常温下的承载力比较 例题研究 思考题 1 单筋矩形梁火灾下可能发生哪2种破坏形式 各自的破坏过程如何 什么情况下截面上混