混凝土抗高溫性能

1、因火災(zāi)因火災(zāi)“受傷受傷”琴橋進(jìn)行混凝土修復(fù)琴橋進(jìn)行混凝土修復(fù)“手術(shù)手術(shù)” 火災(zāi)導(dǎo)致橋洞混凝土梁板炭化，致使梁板出現(xiàn)大面積剝落、露筋、裂縫、預(yù)應(yīng)力下降現(xiàn)象，橋梁“受傷”較重，降低了使用壽命。 火災(zāi)后樓板火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力管道過火后的立柱表面混凝土 抗高溫（火）的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有下述特點(diǎn)： 1.不均勻溫度 2.材料性能的嚴(yán)重惡化 3.應(yīng)力-應(yīng)變-溫度-時(shí)間的耦合本構(gòu)關(guān)系 4.截面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布19.2.1溫度-時(shí)間曲線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）建議的建筑構(gòu)件抗火試驗(yàn)計(jì)算式為：) 18lg(3450tTT0TT初始溫度，一般取為初始溫度，一般取為20；燃燒后燃燒后t分鐘時(shí)的溫度。分鐘時(shí)的溫度。平均線

2、膨脹系數(shù)質(zhì)量熱容或稱比熱容熱導(dǎo)率或稱導(dǎo)熱系數(shù)質(zhì)量密度熱擴(kuò)散率鋼材的熱工性能：鋼材的熱工性能：隨溫度的升高膨脹變形大致按線性增加，平均線膨脹系數(shù)變化不大；比熱容逐漸有所增大；導(dǎo)熱系數(shù)近似線性減小，變化幅度較大；質(zhì)量密度變化很小。升溫達(dá)預(yù)定值后降溫，膨脹的變形逐漸回縮。隨溫度增高而緩慢增大，在100出現(xiàn)一尖峰。升溫至一定值后降溫，導(dǎo)熱系數(shù)不能恢復(fù)至原有值，而是繼續(xù)減小，但變化幅度不大。隨溫度增高而減小，在100出現(xiàn)一深谷。確定截面溫度場(chǎng)的一般方法簡(jiǎn)化成穩(wěn)態(tài)的和線性的一維或二維問題，求解析解。用有限元法或差分法，或二者結(jié)合的方法，編制計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行數(shù)值分析。制作足尺試件進(jìn)行高溫試驗(yàn)，加以實(shí)測(cè)。直接利

3、用有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程和手冊(cè)所提供的溫度場(chǎng)圖表或數(shù)據(jù)。不同鋼材的高溫拉伸曲線19.3.1 鋼材的性能當(dāng)T200時(shí)，彈性模量下降有限，T在300700間迅速下降，T=800時(shí)彈性模量很低，一般不超過常溫下模量的10%。 高溫作用造成混凝土的強(qiáng)度損失和變形性能惡化的主要原因是：水分蒸發(fā)后形成的內(nèi)部空隙和裂縫；粗骨料和其周圍水泥砂漿體的熱工性能不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生變形差和內(nèi)應(yīng)力；骨料本身的受熱膨脹破裂等，這些內(nèi)部損傷的發(fā)展和積累隨溫度升高而更趨嚴(yán)重。立方體抗壓強(qiáng)度：T=100抗壓強(qiáng)度下降；T=200300強(qiáng)度比T=100時(shí)有提高，甚至可能超過常溫強(qiáng)度；T400以后強(qiáng)度急劇下降；T600后強(qiáng)度持續(xù)下降；T800后強(qiáng)度

4、值所剩無幾，且難有保證。 混凝土棱柱體或圓柱體的受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，隨試驗(yàn)溫度的增高而趨向扁平，峰點(diǎn)顯著下移和右移，即棱柱體高溫抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變?cè)龃?。高溫時(shí)混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變高溫時(shí)混凝土的棱柱體抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變初始彈性模量和峰值變形模量都隨溫度升高而單調(diào)下降，且數(shù)值很接近，在降溫過程中很少變化。泊松比隨溫度升高而減小。抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度隨溫度變化規(guī)律不同，其比值不是一個(gè)常數(shù)，在T=300500之間出現(xiàn)最小值。高溫是鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度高溫是鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度 鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度隨試驗(yàn)溫度升高而降低的趨勢(shì)與抗拉強(qiáng)度相似。高溫時(shí)粘結(jié)強(qiáng)度因鋼筋表面形狀和銹蝕程度而有較大

5、差別。 兩種極端的、基本的應(yīng)力-溫度途徑：1.OAP先升溫后加載，或稱恒溫加載途徑。2.OBP先加載后升溫，或稱恒載下升溫途徑?；炷粮邷乜箟簭?qiáng)度的上、下限混凝土高溫抗壓強(qiáng)度的上、下限恒溫加載途徑下的抗壓強(qiáng)度連線，為各種途徑下抗壓強(qiáng)度的下包絡(luò)線恒載升溫途徑下的抗壓強(qiáng)度連線，為各種途徑下抗壓強(qiáng)度的上包絡(luò)線瞬態(tài)熱應(yīng)變?cè)谏郎仉A段隨溫度而加速增長(zhǎng)，且約與應(yīng)力水平成正比，在降溫階段則近似常值。0AP恒溫加載途徑。0BQ恒載升溫途徑。在起始階段（t60min）增長(zhǎng)較快，往后逐漸減慢，持續(xù)數(shù)日仍有增加。高溫徐變與應(yīng)力水平約成正比增加，但隨溫度升高而加速增長(zhǎng)。 混凝土在應(yīng)力和溫度的共同作用下所長(zhǎng)生的應(yīng)混凝土在

6、應(yīng)力和溫度的共同作用下所長(zhǎng)生的應(yīng)變值，由三部分組成：恒溫下應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，恒變值，由三部分組成：恒溫下應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，恒載（應(yīng)力）下的溫度應(yīng)變和短期高溫徐變，總應(yīng)變載（應(yīng)力）下的溫度應(yīng)變和短期高溫徐變，總應(yīng)變?yōu)椋簽椋?,/(),/(),(tTfTfTTccrcT將式（19-15）代入得：),/(),/()(),(tTfTfTTTccrctrth 混凝土的高溫本構(gòu)關(guān)系要解決應(yīng)力（混凝土的高溫本構(gòu)關(guān)系要解決應(yīng)力（）、應(yīng)變（、應(yīng)變（） 、溫度（、溫度（T T）和時(shí)間（和時(shí)間（t t）等）等4 4個(gè)因素的相互耦合關(guān)系個(gè)因素的相互耦合關(guān)系。19.5.1 壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件1.受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件三面高溫梁的極

7、限彎矩三面高溫梁的極限彎矩- -溫度關(guān)系溫度關(guān)系 拉區(qū)高溫的試件拉區(qū)高溫的試件在恒溫加載途徑下，在恒溫加載途徑下，材料強(qiáng)度因升溫而有材料強(qiáng)度因升溫而有不同程度的下降，試不同程度的下降，試件破壞時(shí)的高溫極限件破壞時(shí)的高溫極限彎矩和常溫下極限彎彎矩和常溫下極限彎矩的比值隨試驗(yàn)溫度矩的比值隨試驗(yàn)溫度的升高而降低。的升高而降低。 壓區(qū)和側(cè)面高溫壓區(qū)和側(cè)面高溫試件的高溫承載力大試件的高溫承載力大大高于拉區(qū)高溫的試大高于拉區(qū)高溫的試件。件。2.軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件 軸心受壓柱在四面受火情況下的極限承載力隨溫度的升高而降低，在三面高溫情況下進(jìn)行恒溫加載試驗(yàn)，試件的極限承載力隨溫度的升高而下降，降低的幅度

8、小于四面高溫的情況。3.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件 對(duì)稱截面構(gòu)件的極強(qiáng)偏心距在常溫時(shí)為零，隨著溫度的升高，極強(qiáng)偏心距逐漸向低溫側(cè)漂移。 壓彎構(gòu)件的極限軸力-彎矩包絡(luò)圖，在常溫狀態(tài)時(shí)對(duì)軸力軸對(duì)稱，在高溫下曲線不再對(duì)稱，其峰點(diǎn)隨溫度升高而逐漸往右下方移動(dòng)。兩面高溫偏壓構(gòu)件比兩面高溫偏壓構(gòu)件比三面高溫構(gòu)件有更高三面高溫構(gòu)件有更高的承載力。的承載力。4.不同荷載（內(nèi)力）不同荷載（內(nèi)力）-溫度途徑的影響溫度途徑的影響 常溫條件下的連續(xù)梁，在荷載作用下一般首先在支座截面出常溫條件下的連續(xù)梁，在荷載作用下一般首先在支座截面出現(xiàn)塑性鉸，其次才在跨中出現(xiàn)塑性鉸，形成機(jī)構(gòu)后破壞。在高溫情現(xiàn)塑性鉸，其次才在跨中出現(xiàn)塑性鉸，形

9、成機(jī)構(gòu)后破壞。在高溫情況下，首先在跨中出現(xiàn)塑性鉸，支座截面形成塑性鉸較晚。況下，首先在跨中出現(xiàn)塑性鉸，支座截面形成塑性鉸較晚。 常溫和高溫情況下，連續(xù)梁的破壞機(jī)構(gòu)相同，但是塑性鉸出常溫和高溫情況下，連續(xù)梁的破壞機(jī)構(gòu)相同，但是塑性鉸出現(xiàn)的次序恰好相反?，F(xiàn)的次序恰好相反。結(jié)構(gòu)高溫分析包括：1.確定溫度-時(shí)間曲線和分析結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)；2.確定材料的高溫耦合本構(gòu)關(guān)系和分析構(gòu)件截面的內(nèi)力-變形-溫度-時(shí)間關(guān)聯(lián)特性；3.分析桿系結(jié)構(gòu)或二、三維結(jié)構(gòu)的溫度內(nèi)力和變形，確定極限承載力或耐火極限等。 結(jié)構(gòu)高溫分析的一般原理和方法與常溫結(jié)構(gòu)的無異。但是，首先要確定在t時(shí)刻的結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)，建立材料的高溫本構(gòu)關(guān)系，然后代入相應(yīng)的幾何（變形）協(xié)調(diào)方程和平衡方程，求解后得到截面的或結(jié)構(gòu)的應(yīng)力（內(nèi)力）和變形狀態(tài)，進(jìn)行極限承載力的校核。方法一方法一：方法二方法二： 構(gòu)件計(jì)算截面鋼筋的強(qiáng)度由所在處的溫度確定，混凝土的強(qiáng)度取為常溫抗壓強(qiáng)度。