整体结构中双向板的火灾行为和声发射特性研究

摘要

传统钢结构抗火设计是根据单个试件在火灾下的行为为参考依据进行结构的设计，而在整体结构中，构件相互约束和共同协调工作，在火灾中，不同位置的构件其抗火性能也不同，若按照统一的建筑设计，则设计结果会偏于保守或偏于危险。所以，有必要对整体结构中各个试件的抗火性能进行研究，为性能化抗火设计提供参考依据。
　　本试验在一栋3×3跨（每跨跨度4.5m）、3层高的钢框架足尺住宅试验楼上进行，试验分两次进行，试验对象分别为该试验楼顶层现浇楼板的中格板和东北角格板。试验采用恒载升温的加载方法，升温曲线参考国际ISO标准升温曲线来进行炉温的控制，其中约束板的梁柱在试验中均不受火。试验中测量了试验板的不同区域各截面的温度、板不同区域的竖向沉降、板边的平面内位移、支撑梁中点、柱顶位移等；得到了板在火灾中的温度场分布、板在火灾中的变形行为和破坏形态、板的支撑梁、柱的位移等结果。其结果表明，在4～5小时的高温下会产生很大变形但未突然垮塌，双向板的抗火性能比较好；不同的约束形式会使板在火灾中产生不同的破坏形态，其中，约束条件越好，双向板的抗火性能更高；板在火灾中会产生非对称变形，其变形与板的温度场分布有很大关系，温度高的区域其沉降相对较大；火灾中板存在内力重分布过程。
　　试验对火灾中的板进行声发射检测，对板破坏过程中释放的信号进行多通道全波形记录，并得到了声发射信号的一系列参数：事件数、能量、幅度和上升时间等。本文对声发射信号参数进行了处理，得到了各通道累计事件数、能量率和声发射b值等随时间和炉温变化的曲线；通过分析得出，声发射累计事件数-时间曲线反映了板在火灾中的活动性的变化，高能量率说明了该时刻存在高强度声发射信号的释放；声发射b值反映了板某一时刻的应力状态和该时刻板中裂缝的扩展尺度。在火灾中，板维持着很高的活动性，在某一刻，板的声发射事件增多，且该时刻的b值出现大幅度下降或处于较低的水平，则板正发生大尺度破坏，在声发射监测中，此现象应引起注意。由于声发射信号强度在后期衰减严重，声发射b值在后期的小幅度衰减也可能预示着大尺度的破坏的发生。

目录

整体结构中双向板的火灾行为和声发射特性研究

ACOUSTICS EMISSION CHARACTERISTICS AND BEHAVIOR OF TWO-WAY SLABS OF OVERALL STRUCTURES UNDER FIRE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 结构抗火学科研究现状

1.3 材料的声发射特性研究现状

1.4 本文研究内容和意义

第2章 试验设备及试验方案

2.1 试验装置

2.1.1 试件板在整体结构中的位置

2.1.2 加载方案

2.1.3 试验炉的构造

2.2 试验测量方案

2.2.1 温度测量

2.2.2 位移测量

2.2.3 数据采集系统

2.2.4 声发射系统

2.3 小结

第3章 钢框架结构中双向板的火灾行为研究

3.1 钢框架结构中中格双向板的火灾行为研究

3.1.1 试验方案

3.1.2 炉温曲线及板的温度场

3.1.3 试验宏观现象

3.1.4 变形分析

3.2 钢框架结构中边格双向板的火灾行为研究

3.2.1 试验方案

3.2.2 炉温曲线及板的温度场

3.2.3 试验宏观现象

3.2.4 变形分析

3.3 小结

第4章 双向板火灾试验中的声发射研究

4.1 声发射基础知识

4.1.1 声发射的概念

4.1.2 声发射信号的检测原理

4.1.3 试验中声发射采集参数的设置和探头布置

4.2 声发射信号的主要参数和分析方法[47]

4.3 试验中声发射数据的分析

4.3.1 中格板的声发射参数分析

4.3.2 边格板的声发射参数分析

4.4 小结

结 论

参考文献

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致 谢