火灾下预应力混凝土箱梁承载能力研究

发布时间：2017-09-18 17:02

  本文关键词：火灾下预应力混凝土箱梁承载能力研究

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【摘要】：近年来,随着交通量逐渐增大,运输易燃易爆物品的车辆越来越多,如果发生交通事故极易引发火灾。桥梁是交通网络的重要组成部分,在遭受火灾时,不仅会造成人员伤亡和财产损失,更会导致交通瘫痪,救援困难。预应力钢筋混凝土简支箱梁桥是经常采用的结构形式,在火灾高温下,混凝土和钢材的材料、力学性能随温度升高逐渐退化,进而导致桥梁的承载能力发生变化。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)为依托,采用大型空间有限元软件ANSYS建立模型,分析了火灾下预应力混凝土箱梁桥的温度场和承载能力,揭示了承载能力随延火时间的变化规律。主要工作有:(1)通过分析比较国内外的研究成果,选取了预应力混凝土材料的热传导系数、比热容、热膨胀系数等热工参数和弹性模量、强度、本构关系等力学性能;使用大型空间有限元软件ANSYS建立了预应力混凝土箱梁的有限元模型,设置了不同的火灾工况,分析了火灾高温下箱梁截面的温度分布规律;(2)基于强度损失的虚拟层截面等效原理,计算了混凝土的累计烧损深度,根据预应力钢筋、普通钢筋的强度与温度的关系,计算了预应力钢筋和普通钢筋烧损后的强度;分别计算了L/8、L/4、L/2截面的正截面抗弯承载力,揭示了箱梁关键截面正截面抗弯承载力随延火时间的变化规律;通过定义不同的破坏准则,获取了火灾下桥梁结构的破坏时间;(3)采用热力耦合的方法,将温度场的计算结果作为荷载施加到结构场中。研究了预应力混凝土箱梁跨中截面的荷载—位移曲线随延火时间的变化规律,并由此判断其抗剪承载力,分析了火灾高温下预应力混凝土箱梁的裂缝情况,揭示了抗剪承载力随延火时间的变化规律;通过定义不同的破坏准则,获取了火灾下桥梁结构的破坏时间。
【关键词】：预应力混凝土箱梁 火灾 有限元 温度场 承载能力
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U447
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 国内外混凝土结构抗火研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 本文研究方法及研究内容16-17
• 第二章 预应力混凝土梁桥材料的高温特性17-28
• 2.1 混凝土的热工参数17-18
• 2.1.1 热传导系数17
• 2.1.2 比热容17-18
• 2.1.3 热膨胀系数18
• 2.1.4 质量密度18
• 2.2 混凝土的高温力学性能18-21
• 2.2.1 高温下混凝土弹性模量19
• 2.2.2 高温下混凝土抗压强度19-20
• 2.2.3 高温下混凝土应力应变关系20-21
• 2.3 钢材的热工参数21-23
• 2.3.1 热传导系数21
• 2.3.2 比热容21-22
• 2.3.3 热膨胀系数22
• 2.3.4 质量密度22-23
• 2.4 预应力钢筋的高温力学性能23-25
• 2.4.1 高温下预应力钢筋屈服强度23-24
• 2.4.2 高温下预应力钢筋弹性模量24
• 2.4.3 高温下预应力钢筋应力应变关系24-25
• 2.5 普通钢筋的高温力学性能25-27
• 2.5.1 高温下普通钢筋强度25-26
• 2.5.2 高温下普通钢筋弹性模量26
• 2.5.3 高温下普通钢筋应力应变关系26-27
• 2.6 小结27-28
• 第三章 有限元模型建立及温度场分析28-39
• 3.1 研究背景28-29
• 3.2 火灾温升曲线29-30
• 3.3 火灾工况设计30-32
• 3.4 温度场有限元模型32-34
• 3.4.1 混凝土单元32-33
• 3.4.2 钢筋单元33-34
• 3.4.3 温度场求解控制34
• 3.5 温度场分析34-38
• 3.5.1 混凝土温度场34-36
• 3.5.2 预应力钢筋温度场36-37
• 3.5.3 普通钢筋温度场37-38
• 3.6 小结38-39
• 第四章 火灾下预应力混凝土箱梁抗弯承载力衰变研究39-68
• 4.1 基本假定39
• 4.2 温度测点布置39-40
• 4.2.1 混凝土温度测点39
• 4.2.2 钢筋温度测点39-40
• 4.3 基于强度的混凝土等效烧损深度计算40-49
• 4.3.1 顶板烧损深度的等效换算40-42
• 4.3.2 底板烧损深度的等效换算42-44
• 4.3.3 腹板烧损深度的等效换算44-47
• 4.3.4 翼板烧损深度的等效换算47-49
• 4.4 基于强度的钢筋强度折减49-55
• 4.4.1 纵向普通钢筋强度折减49-52
• 4.4.2 预应力钢筋强度折减52-55
• 4.5 火灾高温下正截面抗弯承载力计算55-66
• 4.5.1 火灾高温下正截面抗弯承载力计算方法55-56
• 4.5.2 火灾高温下正截面抗弯承载力计算56-61
• 4.5.3 火灾高温下正截面抗弯承载力衰变规律61-62
• 4.5.4 公式的提出62-64
• 4.5.5 预应力混凝土箱梁破坏准则64-66
• 4.6 小结66-68
• 第五章 火灾下预应力混凝土箱梁抗剪承载力衰变研究68-82
• 5.1 影响抗剪承载力的主要因素68-70
• 5.1.1 混凝土强度68
• 5.1.2 剪跨比68-69
• 5.1.3 配箍率和箍筋强度69
• 5.1.4 纵向钢筋配筋率69-70
• 5.2 抗剪承载力计算方法70-72
• 5.2.1 常温下抗剪承载力计算方法70-71
• 5.2.2 火灾高温下抗剪承载力计算方法71-72
• 5.2.3 加载方案72
• 5.3 基于ANSYS的热力耦合分析72-73
• 5.3.1 直接耦合法73
• 5.3.2 间接耦合法73
• 5.4 有限元模型及求解控制73-74
• 5.5 火灾高温下抗剪承载力计算74-80
• 5.5.1 火灾工况74
• 5.5.2 荷载位移曲线及裂缝发展74-78
• 5.5.3 火灾高温下抗剪承载力衰变规律78
• 5.5.4 公式的提出78-79
• 5.5.5 预应力混凝土箱梁破坏准则79-80
• 5.6 小结80-82
• 结论与展望82-85
• 1 结论82-83
• 2 展望83-85
• 参考文献85-90
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果90-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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5 张岗;贺拴海;任伟;赵小星;桂学;;火灾高温下RC简支梁极限弯矩计算模型研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2010年01期

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本文编号：876741