钢筋混凝土框架结构热—力耦合实验研究

作     者：李钟一 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：罗迎社

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢筋混凝土 门式框架结构 抗火能力 短期蠕变试验 蠕变模型 弹性降温 

摘      要：建筑火灾严重威胁着人们的生命财产安全,在火灾高温和外部荷载的作用下,钢筋混凝上结构会产生剧烈的内力重分布,变形情况也非常复杂。而钢筋混凝土结构是现代建筑中应用最广泛的结构形式之一,因此,其抗火性能的研究广受关注。本文在国家自然科学基金项目“基于‘剩余强度’热损伤模型的钢筋混凝土结构抗火能力研究(NNSF:51178474)的资助下,对高温下足尺钢筋混凝土门式框架结构进行了一系列的理论分析及物理实验。其主要工作及创新性成果如下：(1)比较系统的归纳和总结了国内外关于钢筋和混凝土热工性能以及高温下和高温后力学性能的理论和试验研究成果,分析了有关钢筋混凝土结构抗火性能的影响因素,为本文的试验开展及研究提供了有益的参考。(2)自行设计制作了15个钢筋混凝土门式框架结构的足尺试样及相应的钢支撑,按照ISO-834标准升温曲线对其中12个进行了3种温度水平(600℃、800℃、1000℃)和4种荷载水平(21 kN、28kN、35kN、42kN)下的抗火能力试验研究;观察分析了试件表观变化和形态变化等特征,实地测得了跨中剩余挠度和截面温度场的分布,探讨了不同火烧温度和火烧荷载下结构火烧残余挠度的变化情况和各测温点升温速率的变化规律。(3)对经历过高温实验的试件(T1-T12)和未经历高温实验的试件(T13)在室温下进行了短期蠕变试验。通过试验分析了火烧温度和火烧荷载对足尺钢筋混凝土门式框架结构力学性能的影响,探讨了经历高温实验并自然冷却后,试件在室温下的蠕变变化规律,得到了相应的蠕变曲线。此外,还用红外热像仪SC7000对部分试件(T12-T13)蠕变实验的加载过程进行了扫描,测量并简要分析了该过程的温度变化情况。(4)采用改进后的Burgers蠕变模型对蠕变试验的数据进行了拟合分析,得到了相应模型的参数值。拟合结果表明,改进后的Burgers模型能够很好地拟合蠕变的前两个阶段,即“初始蠕变阶段和“稳态蠕变阶段;而对于蠕变第三个阶段“加速蠕变阶段的拟合,该模型还有待进一步改进。(5)首次采用红外热像仪SC7000探测到钢筋混凝土框架结构在室温静载作用下初始变形阶段的弹性降温现象,为无损检测该类材料提供了新的思路和途径。