钢筋混凝土梁抗火性能与防火涂料的应用研究

摘要

钢筋混凝土结构具有良好的耐久性、整体性、可塑性以及节约钢材等优点，是一种优良的建筑结构形式，在我国工业、民用建筑中广泛应用。但是近年来建筑物火灾时常发生，各种火灾给人民生命财产带来了不可估量的损失。在高温火灾下，混凝土会爆裂，钢材的材料强度显著降低，钢筋混凝土结构的材料强度和力学性能会发生很大的变化，变形明显增大，而且构件体积膨胀、截面的温度分布不均匀使截面产生自平衡温度应力和构件弯曲变形，使结构体系破坏。因此了解高温下钢筋混凝土构件的强度和变形规律，分析和计算RC梁火灾高温下温度场，对火灾中的混凝土结构进行防火涂料保护的研究非常重要。本文的主要工作如下:
　　 (1)对混凝土和钢筋在高温下的热工和力学性能进行了研究和分析，并且对混凝土高温下的立方体抗压强度进行了材料试验，在多个温度段下对多组混凝土试件进行加热，并观察记录混凝土表面温度变化下的变化情况，当混凝土冷却到常温，再对混凝土进行抗压试验，得到不同温度段下混凝土试件的表观特征和抗压强度变化规律;
　　 (2)对RC梁的热传导方程及其定解条件进行了一系列的理论分析，分析结果表明:构件表面的综合换热系数受火场温度以及构件表面温度的影响，建筑材料的热工性能参数是温度的函数。由周围介质与系统介质表面之间热交换相互作用的特点，将边界条件分为三类，分析计算每类边界条件上的温度函数;
　　 (3)对混凝土构件的三个面同时均匀受火的情况下采用MATLAB进行编程，全过程地模拟构件内部的传热与变形过程，从而对构件的内部温度场和结构随着火灾的进行程度的变化过程和火灾后梁的剩余承载力进行分析研究;
　　 (4)运用SQW-A材料高温强度试验仪对涂有防火涂料的混凝土进行高温试验，研究防火涂料对混凝土结构的防火性能的保护作用。试验研究表明:表面设置防火涂料的混凝土构件的抗压强度远大于表面未设置防火涂料的混凝土构件的抗压强度。
　　 论文得到了RC梁抗火性能的一些规律及认识，对高温下表面设置防火涂料的混凝土进行了研究，研究结果应用于钢筋混凝土结构的抗火设计之中。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究发展状况

1．2．2 国内研究发展状况

1．3 本课题主要研究内容

第2章 RC梁的热工、力学性能研究

2．1 混凝土高温下的热工与力学性能

2．1．1 混凝土的热工性能

2．1．2 高温下混凝土的力学性能

2．1．3 高温后混凝土的力学性能

2．2 钢筋高温下的热工与力学性能

2．2．1 钢(筋)的热工性能

2．2．2 高温下钢筋的力学性能

2．2．3 高温后钢筋的力学性能

2．3 小结

第3章 RC梁火灾高温下温度场的计算分析

3．1 混凝土结构的温度场分析

3．1．1 火灾温度—时间曲线

3．1．2 热传导方程

3．1．3 钢筋混凝土结构温度场的分析方法

3．2 标准火灾升温曲线下构件截面温度场

3．3 非线性瞬态温度场的分析

3．3．1 RC梁热传导方程

3．3．2 RC梁热传导方程定解条件

3．4 小结

第4章 RC梁火灾下非线性有限元分析

4．1 引言

4．2 材料的非线性本构模型

4．3 RC梁的结构模型

4．4 RC梁的非线性性能分析

4．4．1 RC梁温度场的有限元分析

4．4．2 对RC梁结构分析

4．4．3 剩余承载力分析

4．5 小结

第5章 防火涂料对混凝土的防火保护作用研究

5．1 引言

5．2 防火涂料的分类

5．2．1 结构防火的主要方法

5．2．2 防火涂料的分类

5．3 实验情况简介

5．3．1 实验的目的

5．3．2 实验设备及实验原理

5．4 实验试块的制备

5．4．1 混凝土试块的制备

5．4．2 防火涂料的配方与主要性能

5．5 实验方法

5．6 结果分析与讨论

5．7 小结

第6章 钢筋混凝土结构抗火设计实例

6．1 工程概况

6．2 工程的防火设计

6．3 地下室的防火设计

6．4 使用现况介绍

结语

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间论文、著作及科研情况