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预应力混凝土箱梁结构抗火性能研究
| 论文题名： | 预应力混凝土箱梁结构抗火性能研究 |
| 关键词： | 预应力混凝土;桥梁箱梁;温度场;承载能力;有限元分析;抗火性能 |
| 摘要： | 近年来,随着交通量的迅猛增加以及运输工具的多样性,桥梁火灾事故频频发生,运输易燃易爆物品的车辆日渐增多,交通事故和人为原因引起的桥梁火灾成为交通基础设施新的威胁。火灾作为桥梁的偶然荷载,对结构造成不可估量的破坏,轻者势必影响交通质量,造成人身伤亡和经济损失,重者可造成桥梁永久破坏与坍塌。目前关于桥梁火灾的研究主要集中在火灾下预应力混凝土(以下简称“PSC”)结构及钢筋混凝土(以下简称“RC”)结构整体及局部抗火性能,涉及火灾后RC整体及局部抗火性能较少,对于火灾后PSC结构的抗火性能研究更少。 本文以国家自然科学基金“火灾下混凝土桥梁有效预应力衰变机理与承载能力分析方法研究(51308056)”;交通运输部交通建设科技项目“火灾下桥梁结构灾变机理及安全性评价与加固技术研究(2011318812970)”为依托,针对预应力混凝土箱型梁桥整体抗火性能,以模型试验结合数值模拟进行了系统研究。主要研究工作有: 基于各规范、学者的调研,对高温作用后预应力混凝土材料的强度、弹性模量及本构关系进行计算模型的整理与分析,并对使用率高的计算模型进行分阶段选取、分布拟合的方法获得高温作用后预应力混凝土材料各力学性能指标(强度、弹性模量及本构关系)的拟合计算模型。 对3片试验梁(对比梁PSB-1、无防火涂层试验梁PSB-2、有防火涂层试验梁PSB-3)进行火灾下及火灾后的模型试验研究。基于火灾下试验梁的温度场、位移时程及预应力损失等数据分析,揭示了防护涂层对PSC结构抗火性能的影响程度。基于火灾后试验梁的位移、应变及刚度、频率等数据分析,给出了PSC结构火灾后的剩余承载能力及动力特性状况。 通过测定混凝土试块高温后的抗压强度,并对比未受高温的试块,研究了膨胀型防火涂料不同厚度对混凝土结构的防火保护作用,给出了强度折减的经验公式。通过对受火梁按由底至顶及烧损深度的方法来测定混凝土强度,计算混凝土强度值,揭示了受火后混凝土强度沿梁高及烧损深度的变化规律。 研究分析了EUROCODE、ASTM-E119、JIS A1304及ISO834等多种火灾升温计算模型,明确了火灾分析采用的升温模型和理论计算方法,通过对比火灾过程中结构温度场的试验数据,揭示了结构温度场由外至内的热传导规律,并运用大型通用软件建立有限元模型,进行温度场的非线性分析,通过与实测值对比,验证了模型的正确性。 运用大型通用有限元分析软件对3片试验梁进行模拟,通过设定材料不同的本构关系,并依照试验的边界条件建立有限元模型,模拟试验梁在荷载作用下的挠曲变形、混凝土应变以及试验梁的极限承载力、固有频率等,通过与实测值的对比,验证了模型的有效性。 |
| 作者： | 侯炜 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 贺拴海 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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