混凝土抗高溫性能

1、抗高溫性能因火災(zāi)“受傷琴橋進(jìn)行混凝土修復(fù)“手術(shù) 火災(zāi)導(dǎo)致橋洞混凝土梁板炭化，致使梁板出現(xiàn)大面積剝落、露筋、裂縫、預(yù)應(yīng)力下降現(xiàn)象，橋梁“受傷較重，降低了使用壽命。 火災(zāi)后樓板火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力管道過(guò)火后的立柱外表混凝土19.1 結(jié)構(gòu)抗高溫的特點(diǎn) 抗高溫火的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有下述特點(diǎn)： 1.不均勻溫度 2.材料性能的嚴(yán)重惡化 3.應(yīng)力-應(yīng)變-溫度-時(shí)間的耦合本構(gòu)關(guān)系 4.截面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布19.2 截面溫度場(chǎng)溫度-時(shí)間曲線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO建議的建筑構(gòu)件抗火試驗(yàn)計(jì)算式為：初始溫度，一般取為20；燃燒后t分鐘時(shí)的溫度。19.2.2 材料的熱工性能平均線膨脹系數(shù)質(zhì)量熱容或稱比熱容熱導(dǎo)率或稱導(dǎo)熱系數(shù)質(zhì)

2、量密度熱擴(kuò)散率鋼材的熱工性能：隨溫度的升高膨脹變形大致按線性增加，平均線膨脹系數(shù)變化不大；比熱容逐漸有所增大；導(dǎo)熱系數(shù)近似線性減小，變化幅度較大；質(zhì)量密度變化很小。升溫達(dá)預(yù)定值后降溫，膨脹的變形逐漸回縮。隨溫度增高而緩慢增大，在100出現(xiàn)一尖峰。升溫至一定值后降溫，導(dǎo)熱系數(shù)不能恢復(fù)至原有值，而是繼續(xù)減小，但變化幅度不大。隨溫度增高而減小，在100出現(xiàn)一深谷。19.2.3 熱傳導(dǎo)方程和溫度場(chǎng)確實(shí)定確定截面溫度場(chǎng)的一般方法簡(jiǎn)化成穩(wěn)態(tài)的和線性的一維或二維問(wèn)題，求解析解。用有限元法或差分法，或二者結(jié)合的方法，編制計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行數(shù)值分析。制作足尺試件進(jìn)行高溫試驗(yàn)，加以實(shí)測(cè)。直接利用有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程和手冊(cè)所提

3、供的溫度場(chǎng)圖表或數(shù)據(jù)。19.3 材料的高溫力學(xué)性能不同鋼材的高溫拉伸曲線 鋼材的性能當(dāng)T200時(shí)，彈性模量下降有限，T在300700間迅速下降，T=800時(shí)彈性模量很低，一般不超過(guò)常溫下模量的10%。19.3.2 混凝土的根本性能 高溫作用造成混凝土的強(qiáng)度損失和變形性能惡化的主要原因是：水分蒸發(fā)后形成的內(nèi)部空隙和裂縫；粗骨料和其周?chē)嗌皾{體的熱工性能不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生變形差和內(nèi)應(yīng)力；骨料本身的受熱膨脹破裂等，這些內(nèi)部損傷的開(kāi)展和積累隨溫度升高而更趨嚴(yán)重。立方體抗壓強(qiáng)度：T=100抗壓強(qiáng)度下降；T=200300強(qiáng)度比T=100時(shí)有提高，甚至可能超過(guò)常溫強(qiáng)度；T400以后強(qiáng)度急劇下降；T600后強(qiáng)度持

4、續(xù)下降；T800后強(qiáng)度值所剩無(wú)幾，且難有保證。 混凝土棱柱體或圓柱體的受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，隨試驗(yàn)溫度的增高而趨向扁平，峰點(diǎn)顯著下移和右移，即棱柱體高溫抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變?cè)龃蟆８邷貢r(shí)混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變初始彈性模量和峰值變形模量都隨溫度升高而單調(diào)下降，且數(shù)值很接近，在降溫過(guò)程中很少變化。泊松比隨溫度升高而減小?？估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度隨溫度變化規(guī)律不同，其比值不是一個(gè)常數(shù)，在T=300500之間出現(xiàn)最小值。高溫是鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度 鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度隨試驗(yàn)溫度升高而降低的趨勢(shì)與抗拉強(qiáng)度相似。高溫時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度因鋼筋外表形狀和銹蝕程度而有較大差異。19.4 混凝土的耦合本構(gòu)關(guān)系 兩種極

5、端的、根本的應(yīng)力-溫度途徑：1.OAP先升溫后加載，或稱恒溫加載途徑。2.OBP先加載后升溫，或稱恒載下升溫途徑。19.4.1 抗壓強(qiáng)度的上、下限混凝土高溫抗壓強(qiáng)度的上、下限恒溫加載途徑下的抗壓強(qiáng)度連線，為各種途徑下抗壓強(qiáng)度的下包絡(luò)線恒載升溫途徑下的抗壓強(qiáng)度連線，為各種途徑下抗壓強(qiáng)度的上包絡(luò)線19.4.2 應(yīng)力下的溫度變形和瞬態(tài)熱應(yīng)變瞬態(tài)熱應(yīng)變?cè)谏郎仉A段隨溫度而加速增長(zhǎng)，且約與應(yīng)力水平成正比，在降溫階段那么近似常值。0AP恒溫加載途徑。0BQ恒載升溫途徑。19.4.3 短期高溫徐變?cè)谄鹗茧A段t60min增長(zhǎng)較快，往后逐漸減慢，持續(xù)數(shù)日仍有增加。高溫徐變與應(yīng)力水平約成正比增加，但隨溫度升高而加速

6、增長(zhǎng)。19.4.4 耦合本構(gòu)關(guān)系 混凝土在應(yīng)力和溫度的共同作用下所長(zhǎng)生的應(yīng)變值，由三局部組成：恒溫下應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，恒載應(yīng)力下的溫度應(yīng)變和短期高溫徐變，總應(yīng)變?yōu)椋簩⑹?9-15代入得： 混凝土的高溫本構(gòu)關(guān)系要解決應(yīng)力、應(yīng)變 、溫度T和時(shí)間t等4個(gè)因素的相互耦合關(guān)系。19.5構(gòu)件的高溫性能和抗高溫驗(yàn)算19.5.1 壓彎構(gòu)件1.受彎構(gòu)件三面高溫梁的極限彎矩-溫度關(guān)系 拉區(qū)高溫的試件在恒溫加載途徑下，材料強(qiáng)度因升溫而有不同程度的下降，試件破壞時(shí)的高溫極限彎矩和常溫下極限彎矩的比值隨試驗(yàn)溫度的升高而降低。 壓區(qū)和側(cè)面高溫試件的高溫承載力大大高于拉區(qū)高溫的試件。2.軸心受壓構(gòu)件 軸心受壓柱在四面受火情況

7、下的極限承載力隨溫度的升高而降低，在三面高溫情況下進(jìn)行恒溫加載試驗(yàn)，試件的極限承載力隨溫度的升高而下降，降低的幅度小于四面高溫的情況。3.壓彎構(gòu)件 對(duì)稱截面構(gòu)件的極強(qiáng)偏心距在常溫時(shí)為零，隨著溫度的升高，極強(qiáng)偏心距逐漸向低溫側(cè)漂移。 壓彎構(gòu)件的極限軸力-彎矩包絡(luò)圖，在常溫狀態(tài)時(shí)對(duì)軸力軸對(duì)稱，在高溫下曲線不再對(duì)稱，其峰點(diǎn)隨溫度升高而逐漸往右下方移動(dòng)。兩面高溫偏壓構(gòu)件比三面高溫構(gòu)件有更高的承載力。4.不同荷載內(nèi)力-溫度途徑的影響19.5.2 超靜定結(jié)構(gòu) 常溫條件下的連續(xù)梁，在荷載作用下一般首先在支座截面出現(xiàn)塑性鉸，其次才在跨中出現(xiàn)塑性鉸，形成機(jī)構(gòu)后破壞。在高溫情況下，首先在跨中出現(xiàn)塑性鉸，支座截面形

8、成塑性鉸較晚。 常溫和高溫情況下，連續(xù)梁的破壞機(jī)構(gòu)相同，但是塑性鉸出現(xiàn)的次序恰好相反。19.5.3 結(jié)構(gòu)高溫分析和近似計(jì)算結(jié)構(gòu)高溫分析包括：1.確定溫度-時(shí)間曲線和分析結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)；2.確定材料的高溫耦合本構(gòu)關(guān)系和分析構(gòu)件截面的內(nèi)力-變形-溫度-時(shí)間關(guān)聯(lián)特性；3.分析桿系結(jié)構(gòu)或二、三維結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力和變形，確定極限承載力或耐火極限等。 結(jié)構(gòu)高溫分析的一般原理和方法與常溫結(jié)構(gòu)的無(wú)異。但是，首先要確定在t時(shí)刻的結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)，建立材料的高溫本構(gòu)關(guān)系，然后代入相應(yīng)的幾何變形協(xié)調(diào)方程和平衡方程，求解后得到截面的或結(jié)構(gòu)的應(yīng)力內(nèi)力和變形狀態(tài)，進(jìn)行極限承載力的校核。方法一：方法二： 構(gòu)件計(jì)算截面鋼筋的強(qiáng)度由所在處的溫度確定，混凝土的強(qiáng)度取為常溫抗壓強(qiáng)度。方法三：構(gòu)造措施：