高温时高强混凝土压弯构件的试验研究及理论分析

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火灾下钢筋混凝土结构或构件遭受严重损伤甚至倒塌,因此人们越来越重视钢筋混凝土结构或构件在火灾(高温)下的力学性能,并对此展开大量试验研究和理论分析。近年来我国高层建筑发展迅速,建筑结构火灾问题也日益突出。高强混凝土由于具有强度高、耐久性好等优点,已广泛应用于工程结构中,尤其是在高层建筑底部柱子中较普遍采用了C50~C60高强混凝土,因此研究高强混凝土在高温时的力学性能更具有现实意义。 本文对高温时高强混凝土强度和变形进行了试验研究,在试验基础上分析了高温时高强混凝土立方体抗压强度、棱柱体抗压强度(峰值应力)、峰值应变、弹性模量、应力—应变性能、自由膨胀应变、应力下的温度应变和瞬态热应变的变化规律,并建立了相应的计算公式;对高温时和高温冷却后高强混凝土立方体抗压强度的试验结果进行了比较,同时也分析了高强混凝土和普通强度混凝土高温力学性能的差别。文中还对高强混凝土轴心受压柱和偏心受压柱在不均匀温度场下的力学性能进行了试验研究,通过试验分析了高强混凝土压弯构件极限承载力和变形在不均匀温度场下的变化规律,考察了不同升温温度、箍筋用量、混凝土强度等级、预加荷载水平、荷载偏心以及荷载—温度途径等对构件耐火性能的影响,通过试验量测,得到了构件的截面温度场。 在试验研究的基础上,本文采用精度较高的三角形六结点单元对构件截面二维非线性瞬态温度场进行了有限元分析,即在空间域内采用有限元网格划分,在时间域内采用有限差分网格划分,据此编制了计算程序,计算结果与试验数据符合较好,程序稳定性好,精度满足要求。根据高温时高强混凝土压弯构件的一般规律,给出了高温时高强混凝土和钢筋变形特征的假设和本构关系,利用全过程非线性分析方法分析了高温时高强混凝土压弯构件的极限承载力和变形,计算结果与试验结果吻合较好。
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