火灾燃烧模式对高温后钢筋混凝土短柱力学性能影响研究

摘要

现行的抗火设计规范以及钢筋混凝土抗火性能研究基本都是基于标准火灾或者不同温度等级下的试验研究，均未考虑结构类型和火灾房间使用功能等因素对火灾燃烧模式的影响。在进行抗火设计时，通常利用等效曝火时间概念将实际火灾转换成标准火灾，但针对不同火灾燃烧模式对钢筋混凝土力学性能的影响试验研究很少。最近，有研究发现在火灾燃烧的全过程中保持荷载作用对高温后钢筋混凝土的力学性能影响显著，但研究的对象仅为混凝土试块或者小尺寸钢筋混凝土试件。而实际工程中由于构件的尺寸较大，尺寸效应将导致构件在高温时产生明显的不均匀温度场，这将直接影响到火灾全过程中保持荷载作用的钢筋混凝土构件力学性能。
　　本研究主要内容包括：⑴针对商场和住宅两种常见火灾场景进行火灾模拟，依据欧洲规范得到相应的模拟火灾；并利用两种等效曝火时间方法(等面积法和等能量法)将模拟火灾转换成标准火灾。⑵基于ABAQUS有限元模型，对钢筋混凝土短柱经历不同模拟火灾后的截面温度场进行了分析。并通过4根经历火灾全过程的钢筋混凝土短柱温度场试验验证了模型的正确性。⑶开展了1根常温和18根火灾全过程作用后的大尺寸钢筋混凝土短柱轴压力学性能试验，考察了火灾燃烧模式和轴压比对钢筋混凝土短柱火灾后的剩余承载力、剩余轴压刚度以及荷载-变形关系曲线的影响规律。⑷在分析国内外关于高温后钢筋和混凝土两种材料力学性能损伤模型的基础上，利用数值方法计算了高温后钢筋混凝土短柱的剩余承载力、刚度和荷载-轴向变形关系，深入分析了轴压荷载、火灾燃烧模式及尺寸大小对钢筋混凝土短柱在火灾全过程作用后的力学性能影响规律。

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第1章 绪 论

1.1 钢筋混凝土的发展及特点

1.2 课题研究背景

1.3 相关课题的研究现状

1.4课题必要性分析

1.5 本文研究的主要内容

第2章 火灾燃烧模式及截面温度场分析

2.1 引言

2.2 实际火灾燃烧模式

2.3 温度场分析

2.4 本章小结

第3章 燃烧模式对火灾后钢筋混凝土短柱轴压力学性能影响试验研究

3.1 引言

3.2 试验概况

3.3 试验装置

3.4 试验量测内容

3.5 试验方法

3.6 试验现象

3.7 试验结果与分析

3.8 本章小结

第4章 高温后钢筋混凝土短柱力学性能模拟分析

4.1 引言

4.2 高温后钢筋和混凝土材料力学性能

4.3 等效温度法

4.4 模拟和试验结果对比分析

4.5 本章小结

第5章 结论及展望

5.1 本文结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文