钢筋混凝土板抗火性能的有限元分析

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钢筋混凝土是土木工程中重要的建筑材料,其抗火性能对结构的安全度及稳定性有很大的影响,为此研究钢筋混凝土结构的抗火性能是十分必要的。目前对钢筋混凝土抗火性能研究的方法主要有两种:试验和有限元分析法。试验的方法可以为人们提供构件火灾下的变形及破坏过程,同时也为理论分析及数值分析方法提供了宝贵的依据,但试验费时费力,耗资巨大且受实验条件的限制,不能全面研究参数变化对抗火性能的影响,有一定的局限性。有限元分析方法在利用试验结果验证分析方法及模型正确的基础上,可进行广泛的变参数研究,给出各种参数变化对结构耐火性能的影响,为结构的优化设计提供理论依据。因此采用有限元分析方法研究钢筋混凝土结构的抗火性能对结构的抗火设计具有重要的意义。针对上述研究情况,本文进行如下研究:建立连续三跨连续钢筋混凝土单向板有限元模型,对混凝土板局部不同位置受火及整体受火的结构响应进行了数值模拟,发现结构受火位置不同时,耐火性能不同,塑性区和破坏铰位置不同,但是都和负筋截断处有关。结构整体受火和局部受火的变形形态也不同。研究了连续板火灾下保护层厚度、配筋率、截面尺寸、负筋长度各种参数对结构耐火性能的影响,经过有限元模拟得到1:保护层对结构抗火性能影响的方面较多,综合考虑各种因素得到:适当的增加保护层厚度可以提高截面耐火性能,但是不宜太多,火灾下取20~25mm最优。2:适当地增加截面的高度可有效地提高连续板的耐火极限。3:截面配筋率太高或太低都会影响结构的抗火性能,经过模拟配筋率为ρ=0.598%左右时截面抗火性能最好。4:负弯矩钢筋是影响结构性能的重要因素,其长度直接影响着结构破坏铰的位置和塑性阶段的长短,经过模拟建议。将结构负弯矩钢筋的长度取为板计算跨长的1/3,太短或太长都会降低结构的抗火性能。对钢筋混凝土柱-钢梁-钢筋混凝土双向板组合结构的火灾响应进行了研究,发现常温和高温下结构变形均符合碟形翘起趋势,但是破坏形式不同;结构在大变形时出现的拉膜作用可提高结构的耐火性能。研究了荷载比对结构抗火性能的影响,发现载荷比对结构的抗火性能有很大的影响。
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