火荷載下混凝土箱梁溫度場分布與變形分析

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1、鐵道建筑RailwayEngineeringJuly，201l32文章編號：1003—1995(2011)07—0032—04火荷載下混凝土箱梁溫度場分布與變形分析張崗，王翠娟(長安大學(xué)交通行業(yè)舊橋檢測與加固重點(diǎn)試驗(yàn)室，西安710064)摘要：混凝土箱形截面梁隨火災(zāi)場溫度的升高，高溫度區(qū)會穿透混凝土薄壁層，致使箱梁的有效區(qū)域完全破壞，混凝土箱形截面的等溫線分布比實(shí)心截面等溫線偏高；整跨受熱模式下鋼筋混凝土簡支箱梁跨中撓度時程曲線隨荷栽等級的增加呈非線性變化趨勢，撓度時程曲線增大的程度隨保護(hù)層厚度增加而

2、減小，延火時間對鋼筋混凝土簡支梁跨中撓度有較大影響。因此，控制火災(zāi)時間或者提高混凝土保護(hù)層厚度，可有效控制火災(zāi)高溫場鋼筋混凝土橋梁的撓度值。關(guān)鍵詞：橋梁工程混凝土箱梁火荷栽中圖分類號：TU375．1；TU352．5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A目前，各種結(jié)構(gòu)火災(zāi)時有發(fā)生，鐵路橋梁火災(zāi)也不度分布，研究了高溫下的撓度時變效應(yīng)及破壞形式?？珊鲆暎艿搅嗽O(shè)計(jì)維護(hù)及研究人員的廣泛關(guān)注?；?工程背景災(zāi)后橋梁結(jié)構(gòu)承載力降低主要有兩方面原因。：火災(zāi)荷載作用下混凝土和鋼筋材料性能、工作性能劣化；圖1為箱梁結(jié)構(gòu)截面尺寸及構(gòu)造。由圖1(a

3、)可鐵路橋梁結(jié)構(gòu)承載重量大，發(fā)生火災(zāi)后，在重載作用下知，某混凝土箱形截面簡支梁，跨長均為16．0m，截面容易坍塌。著名學(xué)者對火災(zāi)下各種形式的柱以及多種頂板寬度為3．2m，底板寬度為1．7m，梁截面高度為組合結(jié)構(gòu)做了深刻的研究，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，并提出1．7m，腹板高度為1．3m，懸臂板端部厚度為0．3m，了火災(zāi)后}昆凝土結(jié)構(gòu)的加固方案及安全評價方法。鋼懸臂板根部厚度為0．4m，頂板厚度為0．15m，底板厚筋混凝土T梁承載能力強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，然而一旦發(fā)生度為0．28m，上部倒角為30em×20cm，下部倒

4、角為火災(zāi)，在重荷載作用下非常危險。本文在各國試驗(yàn)的20em×20em。由圖1(b)可知，C為混凝土保護(hù)層厚基礎(chǔ)上，引入William—Warnker五參數(shù)強(qiáng)度模型和非線度，在計(jì)算中C取不同的值分析其對火荷載作用下箱性本構(gòu)關(guān)系，分析了鋼筋混凝土T梁火災(zāi)下的截面溫梁跨中撓度的影響程度。3208~10910802o2×18幣2517O(a1截面尺寸(b)截面構(gòu)造圖1箱梁結(jié)構(gòu)截面尺寸及構(gòu)造(單位：em)2熱溫模式國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO834)建議的建筑構(gòu)件抗火收稿日期：2011—03．10；修回日期：2011

5、．04一O1試驗(yàn)曲線如圖2所示，其計(jì)算表達(dá)式為基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CHD2009JCO15)；國T(t)=3451g(8t+1)十(1)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50908017)；國家西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2011318812970)。式中，表示試驗(yàn)爐內(nèi)的初始溫度(℃)；(t)表示燃作者簡介：張崗(198O一)，男，甘肅慶陽人，講師，工學(xué)博士。燒開始后tmin時試驗(yàn)爐的空氣平均溫度(℃)。2011年第7期火荷載下混凝土箱梁溫度場分布與變形分析如圖2所示，IS0834標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)溫度一時

6、間曲線，升溫過程單調(diào)，無論燃燒時間多長，溫度呈對數(shù)曲線光滑上升，始終沒有衰減熄滅過程。作為一個計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，它在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗火試驗(yàn)、高溫性能分析或抗火極限驗(yàn)算中統(tǒng)一應(yīng)用，可保證結(jié)構(gòu)具有一致的抗火性能，并可對不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷計(jì)算和抗火安全性及火后評價。針對強(qiáng)外熱場景的設(shè)定，對于強(qiáng)熱區(qū)的抗火計(jì)算和焰圍域的溫度，選擇式(1)進(jìn)行分析。3SFM箱形截面梁分析3．1分析模型圖2標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)溫度一時間曲線圖3為鋼筋混凝土箱形截面簡支梁火災(zāi)模型。如圖3所示，混凝土采用C50，主拉鋼筋采用Ⅲ級鋼，詳下鋼筋混凝土箱形截面簡支梁

7、的變形狀況；分析其撓細(xì)尺寸參見圖1。采用整跨受熱模式，箱室外側(cè)(除頂度時變效應(yīng)過程，確定耐火極限。板頂面)和翼緣板底面升溫(按標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)IS0834升溫表1為鋼筋混凝土箱形截面簡支梁火災(zāi)模型設(shè)計(jì)曲線加熱)，所受均布荷載為qkN／m(不含自重)，計(jì)參數(shù)。算火災(zāi)高溫200min不同保護(hù)層厚度和不同荷載等級外部荷載火場強(qiáng)火場強(qiáng)度(a1縱向Co)橫截面火場圖3火災(zāi)場鋼筋混凝土箱形截面簡支梁模型表1火災(zāi)模型梁設(shè)計(jì)參數(shù)3．2高溫場分析環(huán)境溫度。圖4為火災(zāi)高溫場鋼筋混凝土箱形截面梁隨火延圖4(C)和圖4(d)給出了火

8、災(zāi)高溫場鋼筋混凝土?xí)r間的溫度分布云圖。分析圖4說明：由于箱梁外側(cè)箱形截面梁和實(shí)心截面梁隨火延時間的等溫線，具有和翼緣板下側(cè)受火，所以迎火側(cè)溫度相對其它部位較空腔薄壁結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)的特色。根據(jù)流固耦合熱傳導(dǎo)模高；從箱形截面外側(cè)到內(nèi)側(cè)，火災(zāi)溫度逐漸降低，呈明式可知，封閉空腔結(jié)構(gòu)中的氣體對流熱耦合效應(yīng)具有顯的梯度分布；隨著火災(zāi)時間的延伸，高溫層逐漸向內(nèi)影響，混凝土箱形截面屬于空腔薄壁結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)氣體擴(kuò)展，擴(kuò)展寬度遞增，由于混凝土箱梁腹板、底板厚度有熱對流傳導(dǎo)作用，