混凝土抗高溫性能

1、抗高溫性能因火災“受傷琴橋進行混凝土修復“手術 火災導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、預應力下降現(xiàn)象，橋梁“受傷較重，降低了使用壽命。 火災后樓板火災后預應力管道過火后的立柱外表混凝土19.1 結構抗高溫的特點 抗高溫火的鋼筋混凝土結構具有下述特點： 1.不均勻溫度 2.材料性能的嚴重惡化 3.應力-應變-溫度-時間的耦合本構關系 4.截面應力和結構內(nèi)力的重分布19.2 截面溫度場溫度-時間曲線國際標準組織ISO建議的建筑構件抗火試驗計算式為：初始溫度，一般取為20；燃燒后t分鐘時的溫度。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率或稱導熱系數(shù)質(zhì)

2、量密度熱擴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。升溫達預定值后降溫，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，導熱系數(shù)不能恢復至原有值，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 熱傳導方程和溫度場確實定確定截面溫度場的一般方法簡化成穩(wěn)態(tài)的和線性的一維或二維問題，求解析解。用有限元法或差分法，或二者結合的方法，編制計算機程序進行數(shù)值分析。制作足尺試件進行高溫試驗，加以實測。直接利用有關設計規(guī)程和手冊所提

3、供的溫度場圖表或數(shù)據(jù)。19.3 材料的高溫力學性能不同鋼材的高溫拉伸曲線 鋼材的性能當T200時，彈性模量下降有限，T在300700間迅速下降，T=800時彈性模量很低，一般不超過常溫下模量的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；粗骨料和其周圍水泥砂漿體的熱工性能不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生變形差和內(nèi)應力；骨料本身的受熱膨脹破裂等，這些內(nèi)部損傷的開展和積累隨溫度升高而更趨嚴重。立方體抗壓強度：T=100抗壓強度下降；T=200300強度比T=100時有提高，甚至可能超過常溫強度；T400以后強度急劇下降；T600后強度持

4、續(xù)下降；T800后強度值所剩無幾，且難有保證。 混凝土棱柱體或圓柱體的受壓應力-應變?nèi)€，隨試驗溫度的增高而趨向扁平，峰點顯著下移和右移，即棱柱體高溫抗壓強度和峰值應變增大。高溫時混凝土的棱柱體抗壓強度和峰值應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，在降溫過程中很少變化。泊松比隨溫度升高而減小。抗拉強度與抗壓強度隨溫度變化規(guī)律不同，其比值不是一個常數(shù)，在T=300500之間出現(xiàn)最小值。高溫是鋼筋和混凝土的粘結強度 鋼筋和混凝土的粘結強度隨試驗溫度升高而降低的趨勢與抗拉強度相似。高溫時粘結強度因鋼筋外表形狀和銹蝕程度而有較大差異。19.4 混凝土的耦合本構關系 兩種極

5、端的、根本的應力-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 抗壓強度的上、下限混凝土高溫抗壓強度的上、下限恒溫加載途徑下的抗壓強度連線，為各種途徑下抗壓強度的下包絡線恒載升溫途徑下的抗壓強度連線，為各種途徑下抗壓強度的上包絡線19.4.2 應力下的溫度變形和瞬態(tài)熱應變瞬態(tài)熱應變在升溫階段隨溫度而加速增長，且約與應力水平成正比，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 短期高溫徐變在起始階段t60min增長較快，往后逐漸減慢，持續(xù)數(shù)日仍有增加。高溫徐變與應力水平約成正比增加，但隨溫度升高而加速

6、增長。19.4.4 耦合本構關系 混凝土在應力和溫度的共同作用下所長生的應變值，由三局部組成：恒溫下應力產(chǎn)生的應變，恒載應力下的溫度應變和短期高溫徐變，總應變?yōu)椋簩⑹?9-15代入得： 混凝土的高溫本構關系要解決應力、應變 、溫度T和時間t等4個因素的相互耦合關系。19.5構件的高溫性能和抗高溫驗算19.5.1 壓彎構件1.受彎構件三面高溫梁的極限彎矩-溫度關系 拉區(qū)高溫的試件在恒溫加載途徑下，材料強度因升溫而有不同程度的下降，試件破壞時的高溫極限彎矩和常溫下極限彎矩的比值隨試驗溫度的升高而降低。 壓區(qū)和側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行恒溫加載試驗，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.壓彎構件 對稱截面構件的極強偏心距在常溫時為零，隨著溫度的升高，極強偏心距逐漸向低溫側漂移。 壓彎構件的極限軸力-彎矩包絡圖，在常溫狀態(tài)時對軸力軸對稱，在高溫下曲線不再對稱，其峰點隨溫度升高而逐漸往右下方移動。兩面高溫偏壓構件比三面高溫構件有更高的承載力。4.不同荷載內(nèi)力-溫度途徑的影響19.5.2 超靜定結構 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，形成機構后破壞。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)梁的破壞機構相同，但是塑性鉸出現(xiàn)的次序恰好相反。19.5.3 結構高溫分析和近似計算結構高溫分析包括：1.確定溫度-時間曲線和分析結構的溫度場；2.確定材料的高溫耦合本構關系和分析構件截面的內(nèi)力-變形-溫度-時間關聯(lián)特性；3.分析桿系結構或二、三維結構的溫度內(nèi)力和變形，確定極限承載力或耐火極限等。 結構高溫分析的一般原理和方法與常溫結構的無異。但是，首先要確定在t時刻的結構溫度場，建立材料的高溫本構關系，然后代入相應的幾何變形協(xié)調(diào)方程和平衡方程，求解后得到截面的或結構的應力內(nèi)力和變形狀態(tài)，進行極限承載力的校核。方法一：方法二： 構件計算截面鋼筋的強度由所在處的溫度確定，混凝土的強度取為常溫抗壓強度。方法三：構造措施：