【畢業(yè)學(xué)位論文】無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁抗火性能研究-防災(zāi)減災(zāi)工程

分類號 密級 U D C 編號 士學(xué)位論文 論文題目 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁 抗火性能研究 學(xué)科、專業(yè) 防 災(zāi) 減 災(zāi) 工 程 研究生姓名 唐 國 慶 導(dǎo)師姓名及 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 余志武 教授 二六年五月 要 本文對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的抗火性能進行了理論分析和試驗研究。主要內(nèi)容包括四個方面： 組成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件材料的高溫物理力學(xué)性能、鋼筋混凝土構(gòu)件截面 溫度場分析、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土量或在試驗和高溫下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土量非線性有限元全過程分析。具體的研究內(nèi)容如下： (1) 分析總結(jié)了混凝土材料的熱工性 能和預(yù)應(yīng)力混凝土材料高溫下的力學(xué)性能，為進行預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能研究奠定了基礎(chǔ)。 (2) 通過編制火災(zāi)下鋼筋混凝土構(gòu)件 截面溫度場非線性有限差分程序并結(jié)合火災(zāi)下鋼筋混凝土梁溫度場的試驗結(jié)果， 合理確定了混凝土比熱放大系數(shù)和混凝土表面換熱系數(shù)計算公式。 為進一步深入研究火災(zāi)下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件力學(xué)性能和耐火極限創(chuàng)造了條件。 (3) 對五根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁進 行了高溫下受力性能的實驗研究。通過試驗得到了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁在高溫下的變形特點、破壞形態(tài)以及無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力變化， 探討了高溫下預(yù)應(yīng)力筋保護層厚度和加載途徑等因素對其抗火性能的影響。 同時對這五根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁進行了高溫后的靜力試驗， 研究了高溫后無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的宏觀表象、靜載破壞特征以及變形規(guī)律，分析了預(yù)應(yīng)力筋保護層厚度和加載途徑等因素對其高溫后剩余承載力的影響。 (4) 采用混凝土和鋼筋的溫度 應(yīng)力耦合本構(gòu)模型，將無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)力與未知結(jié)點位移共同作為待求失量， 推導(dǎo)出了高溫下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁非線性有限元全 過程分析的增量有限元格式， 并編寫了高溫下非線性有限元分析的計算機程序。 計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，本文的分析理論和計算程序較為正確。 關(guān)鍵詞： 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁，抗火性能，溫度場，非線性有限元 n of by of of of of at of of of to (1) of of of of (2) of of of of by it on of (3) of of of of At of of of of (4) of in as of is of is in 錄 第一章 緒論 . 1 言 . 1 凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的目的和主要內(nèi)容 . 2 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 3 內(nèi)外建筑防火研究狀況 . 3 應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗火性能的研究狀況 . 6 文的研究思路及主要內(nèi)容 . 7 第二章 高溫下材料的熱工和力學(xué)性能 . 9 述 . 9 溫下混凝土材料的熱工性能 . 9 熱系數(shù) . 10 凝土的比熱 . 10 凝土的質(zhì)量密度 . 10 溫下混凝土材料的物理力學(xué)性能 . 11 溫下混凝土的性能變化的物理一化學(xué)機理 . 11 溫下混凝土各力學(xué)性能指標的變化 . 11 溫下混凝土的變形 . 13 溫下混凝土的溫度 應(yīng)力耦合本構(gòu)關(guān)系 . 15 溫下鋼筋的力學(xué)性能 . 16 溫下鋼筋各力學(xué)性能指標的變化 . 16 溫下鋼筋的變形 . 17 溫下鋼絞線的力學(xué)性能 . 18 溫下鋼絞線各力學(xué)性能指標的變化 . 18 溫下鋼絞線的變形 . 19 結(jié) . 20 第三章 鋼筋混凝土構(gòu)件截面溫度場非線性分析 . 21 述 . 22 災(zāi)升溫曲線 . 23 災(zāi)下鋼筋混凝土構(gòu)件截面溫度場有限差分公式推導(dǎo) . 23 傳導(dǎo)方程 . 23 傳導(dǎo)方程的單值性條件 . 23 元劃分和方程求解 . 25 災(zāi)下鋼筋混凝土構(gòu)件截面溫度場試驗驗證 . 37 面受火時混凝土矩形截面梁溫度場的試驗驗證 . 37 面受火時混凝土矩形截面柱溫度場的試驗驗證 . 39 面受火時混凝土 T 型截面梁溫度場的算例分析 . 39 結(jié) . 40 第四章 高溫下和高溫后無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁試驗研究 . 41 述 . 41 驗研究概況 . 41 驗內(nèi)容及試件設(shè)計 . 41 驗裝置和量測 . 43 溫下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的靜載試驗 . 44 驗過程與現(xiàn)象 . 44 驗的撓度以及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力測量 . 46 溫下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁試驗 . 47 驗過程與現(xiàn)象 . 47 溫下構(gòu)件內(nèi)部的溫度測量 . 49 溫下構(gòu)件的變形 . 50 溫下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力變化 . 52 同預(yù)應(yīng)力筋保護層厚度對抗火性能的影響 . 53 同加載方式對抗火性能的影響 . 54 溫后無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁試驗 . 54 驗過程與現(xiàn)象 . 54 驗的撓度以及預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力測量 . 55 同預(yù)應(yīng)力筋保護層厚度對高溫后剩余承載力的影響 . 55 同加載方式對高溫后剩余承載力的影響 . 55 結(jié) . 59 第五章 高溫下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁非線性有限元分析 . 60 述 . 60 本假設(shè) . 60 本假定 . 60 溫下預(yù)應(yīng)力混凝土材料的熱 力本構(gòu)模型 . 61 面本構(gòu)矩陣 . 64 元剛度矩陣 . 66 衡方程 . 68 線性方程組的求解方法及收斂準則 . 70 線性方程組的求解 . 70 合性的處理和不平衡力的計算 . 72 斂準則 . 73 災(zāi)下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁試驗驗證 . 75 結(jié) . 75 第六章 結(jié)論與展望 . 76 要結(jié)論 . 76 在的問題及前景展望 . 77 參考文獻 . 78 致 謝 . 83 攻讀碩士學(xué)位期間參與科研及發(fā)表論文情況 . 84 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1第一章 緒論 言 火，創(chuàng)造了人類文明，推動了社會進步。無論過去、現(xiàn)在和將來，它對人類的進步和社會的發(fā)展都有著無法估量的巨大作用。但是，若火失去了控制便會形成火災(zāi)，就會給人類的生命財產(chǎn)和自然資源造成極大損失。據(jù)發(fā)達國家 1980年的統(tǒng)計1：火災(zāi)的直接損失約占國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的 在我國，火災(zāi)己成為發(fā)生概率最大、損失最嚴重的一種災(zāi)害，且呈逐年增加的趨勢。據(jù)統(tǒng)計：我國每年火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟損失，七十年代為 十年代為 十年代比八十年代翻了兩番還多，為 國民生產(chǎn)總值的 3；進入二十一世紀火災(zāi)損失更為嚴重2。 常見的火災(zāi)有：建筑火災(zāi)、森林火災(zāi)、材料堆場火災(zāi)、交通工具火災(zāi)等。其中發(fā)生次數(shù)最多，損失最嚴重的是建筑火災(zāi)3。雖然，目前國內(nèi)外絕大部分的建筑結(jié)構(gòu)材料，如混凝土、鋼筋、鋼材等本身是不燃燒的，但在火災(zāi)高溫作用下，結(jié)構(gòu)及其組成材料的性能都會發(fā)生一系列不利的變化， 進而造成結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的損傷或破壞，甚至造成整個建筑物的倒塌。而且隨著社會現(xiàn)代化的發(fā)展，人員和物資愈加高度集中，建筑火災(zāi)的危害性更顯突出。 例如， 1974年比利時一幢三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋在起火 75分鐘后突然倒塌。 1993年福建泉州一座鋼結(jié)構(gòu)冷庫起火，造成 3600多平方米的庫房倒塌。 1993年江西南昌萬壽宮商城發(fā)生火災(zāi)， 一棟八層鋼筋混凝土底框結(jié)構(gòu)房屋在火災(zāi)中整體倒塌。 1998年北京某家俱城發(fā)生火災(zāi)，造成該建筑鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌。 2003年湖南衡陽衡州大廈在大火中坍塌，坍塌的根本原因是大火燃燒時，在衡州大廈西部偏北的 5根柱子損毀比較嚴重，這 5根柱子承載能力下降，在重載的壓力下倒塌，繼而引起衡州大廈 3000多平方米建筑的坍塌。 2003年 11月 24日凌晨 2時 30分許 （莫斯科時間） ， 俄羅斯莫斯科西南部的盧蒙巴人民友誼大學(xué)一棟高 5層的學(xué)生宿舍樓發(fā)生火災(zāi)，宿舍樓 2層至 5層被燒，火災(zāi)面積達 1000多平方米，并造成 37人死亡，100多人受傷。特別是 2001年 9月 11日，美國紐約世界貿(mào)易中心大廈在飛機撞擊后起火，在很短的時間內(nèi)造成兩棟世界標志性摩天大樓的整體倒塌。 因此，研究建筑結(jié)構(gòu)抗火性能及其防火設(shè)計以減少火災(zāi)事故的損失，具有十分重大的理論意義和實用價值。 碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是使高強鋼材和高強混凝土能動地結(jié)合在一起的高效結(jié)構(gòu)， 在結(jié)構(gòu)中人為地施加作用力使構(gòu)件中的混凝土和普通鋼筋產(chǎn)生與外荷載作用下的應(yīng)力相反的預(yù)應(yīng)力，利用預(yù)加應(yīng)力的手段，可以使混凝土結(jié)構(gòu)做出更大的跨度，承受更大的使用荷載。預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展到今天，其應(yīng)用已逐步擴大到居住建筑、大跨和大空間公共建筑、高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)、壓力容器、核安全殼以及大噸位囤船結(jié)構(gòu)等各個領(lǐng)域。近年來，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)已由早期的簡單構(gòu)件發(fā)展為現(xiàn)今復(fù)雜的空間整體受力結(jié)構(gòu)，以其大跨、大空間、良好的結(jié)構(gòu)整體性能以及有競爭力的綜合經(jīng)濟效益， 正逐步成為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展趨勢。 由于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)多用在重要性較高的建筑中，這樣的建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，如果結(jié)構(gòu)沒有足夠的抗火性能，必然會帶來巨大的損失，因此預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能應(yīng)該更加引起人們的關(guān)注。由于組成預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土和鋼絲、鋼鉸線已經(jīng)處于較高的應(yīng)力狀態(tài)，具有一定的應(yīng)力歷史，隨著火災(zāi)的發(fā)生，高溫對材料的影響將比普通混凝土結(jié)構(gòu)更大，將造成劇烈的內(nèi)力重分布，從而改變破壞形式，大大降低結(jié)構(gòu)的抗火性能。 目前，對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)整體性能的抗火試驗不多，理論研究也較少，國內(nèi)對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗火試驗研究尚處于起步階段， 對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法研究基本處于空白。我國無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中涉及預(yù)應(yīng)力混凝土的抗火部分的條文主要取自美國后張預(yù)應(yīng)力混凝土手冊 。因此開展預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能及設(shè)計方法的研究對完善我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范具有重要的現(xiàn)實意義。 凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的目的和主要內(nèi)容 混凝土和鋼材是目前使用最廣泛的建筑材料， 在現(xiàn)代建筑中大量采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，盡管其材料本身不燃，且混凝土是熱惰性材料，但由于火災(zāi)的高溫作用，仍將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響?；馂?zāi)對混凝土結(jié)構(gòu)的影響，主要表現(xiàn)在火災(zāi)高溫對結(jié)構(gòu)的影響，而這種影響又分為火災(zāi)中和火災(zāi)后兩個方面。歸納起來有： (1 )火災(zāi)下：混凝土構(gòu)件材料強度降低，彈性模量下降，徐變增加；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力下降，變形增加，嚴重者發(fā)生局部或整體倒塌。 (2 )火災(zāi)后：混凝土構(gòu)件材料強度降低，彈性模量下降；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力下降，有殘余變形，嚴重者不能繼續(xù)使用。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能研究的目的一方面是為了建立一套合理、 方便適用的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法，提高或保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在火災(zāi)中的承載能力，避免結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的局部或整體倒塌而造成人員疏散困難，滅火行動受阻或人員的傷亡；另一方面是為了對建筑結(jié)構(gòu)火災(zāi)損傷程度作出科學(xué)、準確的評價，并據(jù)此制訂受損碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固方案， 以減少火災(zāi)造成的損失， 縮短火災(zāi)后結(jié)構(gòu)功能恢復(fù)的時間。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究主要涉及到熱工、建材和結(jié)構(gòu)等學(xué)科，研究涉及面較廣，試驗設(shè)備要求高，至今仍未得到十分完善的理論分析。綜合國內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)抗火研究的情況，混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的主要內(nèi)容可歸納為四個方面4： (1)混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中所處環(huán)境的研究 混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的首要任務(wù)， 就是要明確結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在火災(zāi)中所處的環(huán)境，亦即需要研究建筑火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展的全過程和規(guī)律，研究失火建筑內(nèi)部溫度場的分布及歷程。 (2)混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的行為研究 火災(zāi)一旦發(fā)生，混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件將經(jīng)受火災(zāi)高溫的作用。火災(zāi)中混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件將發(fā)生什么變化，即混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的行為如何，是混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究中所關(guān)注的。一般說來，結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的行為研究應(yīng)包括：結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在火災(zāi)中的內(nèi)部溫度場，結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料在火災(zāi)高溫下的性能，基本構(gòu)件及結(jié)構(gòu)整體在火災(zāi)中的性能變化規(guī)律等。 (3)混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法的研究 對混凝土結(jié)構(gòu)進行抗火設(shè)計，是定量、合理和有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗火能力，避免結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中發(fā)生局部破壞或整體倒塌的可靠途徑。 (4)火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的損傷評估和修復(fù)加固方法的研究 大部分經(jīng)歷火災(zāi)的混凝土結(jié)構(gòu)并未完全失效或倒塌， 經(jīng)過一定處理后仍能繼續(xù)使用。這將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。但火災(zāi)后的混凝土結(jié)構(gòu)畢竟受到了程度不同的損傷。所以，只有首先對火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)的損傷程度及剩余承載力作出合理的評估，然后才能利用現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法和手段，對火災(zāi)后的混凝土結(jié)構(gòu)進行有效的加固和修復(fù)。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 內(nèi)外建筑防火研究狀況 長期以來， 對火災(zāi)的研究局限于通過統(tǒng)計火災(zāi)原始資料歸納總結(jié)火災(zāi)規(guī)律的方法。近年來，世界科技進步的步伐加快，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。數(shù)學(xué)、計算機、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)的飛速進展以及試驗條件和試驗技術(shù)的改善和提高，為火災(zāi)和安全科學(xué)的研究創(chuàng)造了良好的前提和條件。 國外對于建筑火災(zāi)的研究較早。 美國首先提出應(yīng)建立一個通用的標準的試驗過程，以方便學(xué)者進行建筑構(gòu)件試驗及增加試驗結(jié)果的可比性，并于 1905年成立了一個委員會來標準化試驗方法， 該委員會分別于 1906年和 1908年確定了樓板和墻體的火災(zāi)試驗方法。 1928年， 火災(zāi)荷載 ”概念5，建碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4立了火災(zāi)荷載與結(jié)構(gòu)耐火極限的關(guān)系。 1958年 ，建立了隔間內(nèi)的熱平衡關(guān)系。 1982年， ，建立了利用標準熱荷概念進行火災(zāi)嚴重性評價的方法。在各國專家廣泛研究的基礎(chǔ)之上，國際標準化組織于 1975年提出了隔間內(nèi)火災(zāi)的標準升溫曲線 ，標志著隔間內(nèi)火災(zāi)溫度場的研究進入新的階段。 1985年在美國召開了首屆國際火災(zāi)科學(xué)會議，成立了國際火災(zāi)科學(xué)學(xué)會，標志著火災(zāi)科學(xué)在世界范圍內(nèi)形成和發(fā)展。 國外很多研究者對火災(zāi)下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度場進行了大量的研究。 . ； . 0； 1； 用簡化的線性化方法建立了非線性溫度場的變分泛函， 并以此編制了通用有限元程序2。 同時國外許多學(xué)者對混凝土的熱工性能進行了廣泛的研究， 其中較有影響的是 315。試驗表明，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而減小， 5。混凝土的質(zhì)量密度隨溫度的變化不明顯，熱容隨溫度的升高而有所增大， T. T. 6。 作為混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究的基礎(chǔ)內(nèi)容，美國、德國、英國、加拿大、日本等國的專家對高溫下結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能展開了較廣泛的試驗研究。 他們研究了普通混凝土、輕混凝土、高強混凝土及普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋、結(jié)構(gòu)鋼材等在高溫下的強度、彈性模量、徐變、松弛和本構(gòu)關(guān)系等物理力學(xué)性質(zhì)的變化。根據(jù)已有的研究資料表明，當火災(zāi)溫度小于 300時混凝土材料強度沒有很大變化，當溫度大于 300后其強度開始下降，在 400以后顯著下降13,17,18。 但在逐漸冷卻至常溫的過程中，其彈性模量基本不變19。對混凝土在高溫下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，國外的研究表明，曲線隨試驗溫度的增加而趨向扁平，峰點顯著下降并且右移14, 20。在升溫過程中，混凝土的溫度變形因應(yīng)力水平的不同會有很大的差異，國外許多試驗表明了溫度和應(yīng)力途徑對混凝土變形的耦合作用21, 22。 為影響因素有溫度、應(yīng)力水平和持續(xù)時間以及骨料的品種和配合比等23, 24。高溫下鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線的力學(xué)性能國外已進行了一些研究25, 26，已有的試驗表明預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線高溫下的力學(xué)性能均比普通鋼筋差。 在此基礎(chǔ)之上，國外許多學(xué)者對混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件如梁、板、柱、墻、框架碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5在火災(zāi)高溫環(huán)境中的反應(yīng)及耐火性能進行了一系列的試驗或理論研究2730。進而對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在荷載及高溫共同作用下的應(yīng)力分布、 變形和破壞特征等多方面進行了探索，并且提出了混凝土結(jié)構(gòu)耐火試驗的標準31，為規(guī)范試驗研究起到了很好作用。 隨著人們對材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在火災(zāi)環(huán)境中性能及行為特征了解的深入，加之對混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能要求的提高， 各種混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的抗火分析方法和設(shè)計理論被陸續(xù)提出3234。 各國專家、學(xué)者們又研究了材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)后的性能3537，探討了材料在高溫后的性能劣化、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的高溫損傷、過火構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的損傷評估和修復(fù)方法，并將其應(yīng)用于一些工程實踐38。 我國在火災(zāi)學(xué)和建筑火災(zāi)研究方面起步較晚，新中國成立以后，建筑防火日益受到重視，但至七十年代，國內(nèi)還缺乏研究成果，主要借鑒國外有關(guān)的研究成果和相應(yīng)的規(guī)范和標準陸續(xù)制定了一系列的規(guī)范和指南。八十年代至今，我國防火設(shè)計研究進入了蓬勃發(fā)展的新時期。八十年代中期開始，清華大學(xué)、哈爾濱建筑工業(yè)大學(xué)、中國科技大學(xué)、同濟大學(xué)等院校都開展了火災(zāi)基本原理及火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能影響的研究。 國內(nèi)一些學(xué)者對混凝土瞬態(tài)溫度場的求解進行了卓有成效的研究。 清華大學(xué)時旭東、過鎮(zhèn)海根據(jù)火災(zāi)下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點，經(jīng)過合理簡化利用有限單元法給出了非線性瞬態(tài)溫度場的計算方法39；董毓利計算了一維溫度場的解析解，推導(dǎo)了具有復(fù)雜邊界二維溫度場的差分格式， 同時針對不同情況討論了解的穩(wěn)定性問題，具有很強的實用性和較高的精度40。此外，清華大學(xué)過鎮(zhèn)海教授對混凝土的熱工參數(shù)也進行了較為詳盡的研究39,41。 東南大學(xué)張大長、呂志濤對混凝土、鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋的高溫力學(xué)性能進行了分析研究，提出了不同溫度下各種材料強度及彈性模量的計算公式，并對鋼筋與混凝土的粘結(jié)進行了分析，提出了相應(yīng)的計算方法42。清華大學(xué)過鎮(zhèn)海教授對高溫下混凝土最基本的力學(xué)性能指標進行了試驗研究， 分析了高溫下混凝土力學(xué)性能的變化規(guī)律和機理，研究發(fā)現(xiàn)，在 100時，混凝土的立方體抗壓強度比常溫下降了 1 0% 12%，當溫度到達 200 300時，混凝土強度有所提高甚至超過常溫強度，原因是水泥凝膠體內(nèi)的結(jié)合水開始脫出，使得膠合作用加強，當溫度大于 400以后強度急劇下降，80 0以后，混凝土的強度所剩無幾，同時他還給出了建議的各項力學(xué)性能指標的計算公式， 進而提出了高溫下混凝土應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€方程41。 同時， 過鎮(zhèn)海教授通過測量得到了混凝土的自由膨脹變形、高溫下的應(yīng)力變形、瞬態(tài)熱應(yīng)變和短期高溫徐變等數(shù)據(jù)，建立了混凝土高溫下溫度 應(yīng)力耦合本構(gòu)關(guān)系，為混凝土結(jié)構(gòu)的抗火分析提供了重要的依據(jù)41。大連理碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 6工大學(xué)胡倍雷、宋玉普、趙國藩對混凝土高溫后在兩向壓荷載作用下的變形和強度特性進行了試驗研究，并給出了相應(yīng)的強度準則43。東南大學(xué)范進、呂志濤研究了預(yù)應(yīng)力鋼絲在經(jīng)歷高溫作用并冷卻至室溫后的力學(xué)性能44， 并給出了力學(xué)模型。 在吸收和借鑒國外構(gòu)件抗火研究成果的基礎(chǔ)上， 國內(nèi)一些高校和科研單位對混凝土構(gòu)件也進行了許多試驗和理論研究工作。同濟大學(xué)陸洲導(dǎo)、朱伯龍教授對12 根鋼筋混凝土簡支粱進行了一面、二面、 三面受火的抗火性能試驗，研究了不同的荷載、升溫曲線、鋼筋保護層厚度對簡支梁抗火性能的影響，并分析計算了鋼筋混凝土簡支梁的內(nèi)力和撓度45。陸洲導(dǎo)、朱伯龍教授通過五榀單層雙跨鋼筋混凝土框架在使用荷載作用下、不同溫度、不同加熱形式下的火災(zāi)試驗，對火災(zāi)中結(jié)構(gòu)的反應(yīng)進行了試驗研究，并對火災(zāi)進程中框架的位移、剛度及內(nèi)力重分布進行了計算46,47。 清華大學(xué)過鎮(zhèn)海教授進行了高溫下鋼筋混凝土連續(xù)梁和框架的受力性能試驗研究，通過鋼筋混凝土兩跨連續(xù)梁和單層框架的高溫試驗，考察了不同加載位置、 荷載水平以及不同加熱條件等因素下連續(xù)梁的變形和內(nèi)力隨溫度的變化規(guī)律，分析了連續(xù)梁和框架的破壞特征和機構(gòu)等48。清華大學(xué)楊建平、過鎮(zhèn)海進行了 12 根三面受火下鋼筋混凝土壓彎試件試驗的試驗研究，分析了不同升溫加載途徑對試件抗火性能的影響， 同時還給出了一種計算三面高溫下鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件極限承載力的簡化計算方法， 通過此方法能夠較為準確的計算出不同溫度下鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件的極限承載力49。 時旭東通過三面受火下鋼筋混凝土門式框架的試驗研究，分析了高溫下框架的變形和內(nèi)力重分布規(guī)律、破壞特征以及極限承載力。結(jié)果表明，高溫下框架結(jié)構(gòu)的塑性鉸出現(xiàn)的次序、位置，破壞機構(gòu)以及極限承載力等與常溫下的顯著不同， 內(nèi)力在整個升溫過程中經(jīng)歷了劇烈且復(fù)雜的重分布過程50。 應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗火性能的研究狀況 國外預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗火性能的研究稍晚于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 主要工作始于 60年代中后期和 70年代初。 早期 其認識具有明顯的局限性51。其后的一些學(xué)者的試驗研究表明預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在火災(zāi)作用下仍具有很好的延性性能，即使當受壓區(qū)混凝土達到極限強度后，破壞前鋼筋應(yīng)變逐漸增大，在倒塌前撓度增大而給出明顯的警告52, 53。 析了有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁、板等構(gòu)件在多種工況下的抗火性能，并對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性提出了建議的計算方法27。 1，包括不同比例試件的耐火極限試驗的對比。 4進行了后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土板的試碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 7驗研究。 上述試驗著重研究了預(yù)應(yīng)力鋼筋保護層厚度對構(gòu)件抗火性能的影響， 試驗結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力混凝土能滿足結(jié)構(gòu)不同的耐火等級要求，其耐火性能主要取決于其預(yù)應(yīng)力筋在火災(zāi)中所達到的溫度， 因此預(yù)應(yīng)力筋的保護層厚度和梁的截面形式對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能具有明顯得影響； 先張和后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件具有相同的耐火性能；當混凝土保護層厚度較大時，保護層內(nèi)必須增加輔助鋼筋以防止保護層開裂、剝落。另外 5對不同骨料和噴有隔離層的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進行了抗火試驗， 分析了各種噴射材