火灾后多孔砖砌体结构力学性能的劣化规律研究

摘要

砌体结构建筑在我国的发展拥有悠久的历史，近年来，随着生产工艺的进步，除了最初的烧结粘土实心砖，又相继出现粘土多孔砖、粉煤灰多孔砖、混凝土多孔砖等，这些都极大地丰富和发展了砌体结构，使得砌体结构在将来仍有一席之地。与此同时，经过国家一系列政策的宣传和推广，人们对环境和资源的保护意识不断加深，再加上多孔砖自身节能节地、力学性能好等优点，多孔砖砌体结构在过去十多年已经大量地应用于我们的房屋建设中，并且多孔砖将来会完全取代粘土实心砖来作为建筑结构的墙体材料。
　　据统计资料显示，近年来我国建筑火灾的发生呈增多的态势，且火灾具有极大的危害性，会造成大量的财产损失和人员伤亡。砌体结构普遍存在人员密集、房屋密度大、消防措施落后等特点。这些因素不仅增加了砌体建筑发生火灾的频率，也使得砌体建筑发生火灾后的危害更加严重。但目前国内对砌体结构受火的理论和试验研究相对有限，相关研究成果较少，其研究理论也滞后于社会需求，对于多孔砖砌体受火后的力学性能研究更是尚未开展，因此，加强多孔砖砌体结构火灾后力学性能的研究具有重大的意义。
　　本文以多孔砖砌体抗压和抗剪标准试件为研究对象，开展了试件的火灾试验、火灾后试件的基本力学性能试验和火灾后试件抗压强度数值计算方法的研究，主要可以分为以下几个部分:
　　(1)从砌体材料（块体和砂浆）的高温热工性能和力学性能等角度，总结回顾了国内外学者在砌体结构高温性能研究领域的主要工作与结果。
　　(2)以多孔砖砌体抗压标准试件为试验对象，进行了2组常温下的受压试验和6组受火冷却后的受压试验，考察了砂浆强度、受火时间和冷却方式对多孔砖砌体结构受压性能的影响。最终得到，火灾后多孔砖砌体抗压强度、弹性模量和应力-应变关系随受火时间变化的关系式。
　　(3)以多孔砖砌体抗剪标准试件为试验对象，进行了2组常温下的受剪试验和6组受火冷却后的受剪试验，考察了砂浆强度、受火时间和冷却方式对多孔砖砌体结构受剪性能的影响。最终得到，火灾后多孔砖砌体抗剪强度随受火时间变化的关系式。
　　(4)根据现有研究成果，提出一种火灾后多孔砖砌体抗压强度的数值计算方法。即以有限元软件ABAQUS为平台，对砌体抗压试件的火灾过程进行模拟，得到其温度场分布;通过数学计算方法，分析了高温下和高温冷却后砌体材料抗压强度关系;最后在上述研究的基础上，采用分层法计算出火灾后多孔砖砌体结构抗压强度，与试验实测值有很好的吻合度。
　　(5)采用该数值计算流程对国外既有的高温冷却后砌体结构力学试验进行了抗压强度验算。通过试验结果和计算结果的对比，进一步验证该数值计算方法在求解其他受火情况（不同试件尺寸、不同升温曲线、不同受火面等）时的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 多孔砖砌体结构概述

1．2 多孔砖砌体结构受火研究背景

1．2．1 砌体结构火灾的危害

1．2．2 多孔砖砌体结构火灾性能研究的意义

1．3 研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 砌体结构高温性能的已有研究进展

2．1 砌体结构的高温性能特点

2．2 高温下砌体结构的热工性能

2．2．1 高温下块体的热工性能

2．2．2 高温下砂浆的热工性能

2．3 砌体结构的高温力学性能

2．3．1 抗压强度

2．3．2 弹性模量

2．3．3 应力-应变关系

2．3．4 试验方法的对比

2．4 本章小结

第三章 火灾后多孔砖砌体受压性能试验研究

3．1 多孔砖砌体材料性能试验

3．1．1 粘土多孔砖基本材料性能试验

3．1．2 砌筑砂浆立方体试块抗压强度试验

3．2 火灾和温度-时间曲线

3．2．1 火灾温度变化的特点

3．2．2 标准的火灾温度-时间曲线

3．3 试验设计

3．3．1 试件设计

3．3．2 试验准备

3．4 试验步骤及量测

3．4．1 标准抗压试件的受火试验

3．4．2 标准抗压试件的受压试验

3．5 试验现象与结果

3．5．1 常温标准抗压试件

3．5．2 受火1．5h与2．5h自然冷却标准抗压试件

3．5．3 受火1．5h浇水冷却标准抗压试件

3．5．4 试验现象与结果的分析

3．6 火灾后多孔砖砌体的抗压强度

3．6．1 试验结果

3．6．2 结果分析

3．6．3 抗压强度劣化规律

3．7 火灾后多孔砖砌体受压本构关系及弹性模量的研究

3．7．1 火灾后多孔砖砌体受压本构关系研究

3．7．2 火灾后多孔砖砌体弹性模量研究

3．8 本章小结

第四章 火灾后多孔砖砌体受剪性能试验研究

4．1 试验设计

4．1．1 试件设计

4．1．2 试验准备

4．2 试验步骤及量测

4．2．1 标准抗剪试件的受火试验

4．2．2 标准抗剪试件的受压试验

4．3 试验现象与结果

4．3．1 常温标准抗剪试件

4．3．2 受火1．5h与2．5h自然冷却标准抗剪试件

4．3．3 受火1．5h浇水冷却标准抗剪试件

4．3．4 试验现象与结果的对比

4．4 火灾后多孔砖砌体的抗剪强度

4．4．1 火灾后抗剪强度试验结果

4．4．2 结果分析

4．4．3 火灾后多孔砖砌体抗剪强度劣化规律

4．5 本章小结

第五章 火灾后多孔砖砌体抗压强度的数值计算方法研究

5．1 试件受热与受压性能计算方法选择

5．2 温度场有限元模拟

5．2．1 模型建立与网格划分

5．2．2 材料热工参数的选择

5．2．3 接触设置和温度设定

5．2．4 温度场计算结果

5．3 火灾下多孔砖砌体抗压强度计算

5．3．1 计算原理

5．3．2 火灾下砂浆试块抗压强度计算

5．3．3 火灾下粘土多孔砖抗压强度计算

5．3．4 火灾下多孔砖砌体试件抗压强度计算

5．3．5 分层法计算结果的分析

5．4 高温下和冷却后砌体材料抗压强度关系研究

5．4．1 火灾下和冷却后的抗压强度对比

5．4．2 砌体材料不同温度冷却后的力学性能

5．5 火灾后多孔砖砌体抗压强度计算

5．6 高温冷却后砌体结构抗压强度数值计算的全过程实现

5．6．1 高温冷却后砌体结构抗压强度数值计算流程

5．6．2 高温冷却后砌体结构抗压强度算例

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢