基于动力特性钢筋混凝土梁火灾损伤识别试验研究及非线性分析

发布时间：2020-04-02 00:49

【摘要】：在建筑火灾过程中,梁板类构件会受到大面积损伤,且相比于其他受损构件损伤较为严重,特别对于梁式构件来讲,材料性能不可避免地发生劣化,因此对结构的性能存在一定程度的损伤。由此可见,采取合理有效的检测方法对梁式构件火灾后产生的损伤作出评估则尤为重要,因为它可以为火灾后构件的修复评估工作提供依据。本文采取试验研究和有限元分析相结合的方式对经受火灾作用的钢筋混凝土梁进行了研究。根据所选动力指纹在火灾前后的变化,有效识别损伤发生的位置及其程度,同时,采用热弹塑性理论分析了火灾下钢筋混凝土梁的非线性变化,并利用FORTRAN编制了求解弯矩-曲率关系的程序,从截面抗弯刚度随受火时间的变化这一角度阐明了结构动力特性发生变化的根本原因。主要研究工作和成果包括以下几个方面:1.对5根不同配筋率和不同受火时间的钢筋混凝土梁进行了火灾试验及火灾前后的模态试验,试验结果表明:1)在ISO834标准升温模式下,简支梁全底面受火试验所得温度场与一维热传导理论的吻合性良好;2)火灾后动力特性的改变与配筋率和受火时间相关,配筋率的增加一定程度上削弱了火灾对梁造成的损伤,使之对动力特性影响较小,延长受火时间使得动力特性改变较大;3)在采用频率平方比、振型变化、振型曲率差等动力指纹识别损伤的过程中,振型曲率差对损伤位置的识别灵敏度更高,由此得出简支梁单面受火会造成大面积近似均匀性区段性损伤。2.通过选择合理的材料性能参数来模拟钢筋混凝土梁的温度场,并将得到的温度场导入模态模型,用于分析火灾后的动力损伤特性。结果表明:1)模拟的温度场与实测温度场基本吻合,由于混凝土的热惰性,相对于受火面,温度云图沿梁高自凸状逐渐过渡到凹状;2)利用频率、振型、振型曲率差等动力指纹对简支梁模拟结果进行了损伤识别,得出的结论与试验基本一致。3)与全底面受火模型相比,局部受火后的钢筋混凝土梁频率值有所提高,振型变化明显,可以大致判别损伤发生的位置,振型曲率差的识别精度更加敏感,识别效果更好,表明利用多损伤指标来识别钢筋混凝土梁的受火损伤是可行的。3.火灾下钢筋混凝土梁的高温性能和力学性能发生非线性变化,是结构动力特性变化的本质原因,因此采用热弹塑性增量理论,对火灾下钢筋混凝土梁进行了非线性分析。通过迭代法解得“条带法”建立的弯矩-曲率方程组,最终以FORTRAN编程实现结果的输出。结果表明:弯矩-曲率曲线在达到极限弯矩前呈非线性增加,据此得出跨中截面抗弯刚度和挠度随受火时间的非线性变化关系,进而阐明了试件的各阶频率比不再按照阶次平方比变化的内在原因。
【图文】：

试件制作

图 2.3 热电偶绑扎及保护操作完成。试验所需的仪器有：水平火灾系统 、YWC-50 应变式位移传感器、东华 依 据 《 建 筑 构 件 耐 火 试 验 方 法 》[ 57 ]图如图 2.4 所示。12
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375.1

【参考文献】

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本文编号：2611199