火灾后钢筋混凝土构件的可靠性分析

论文摘要

受火后钢筋混凝土构件的力学性能复杂,例如,钢筋和混凝土材料强度和弹性模量等力学性能的衰减、钢筋与混凝土粘结强度的退化,导致结构构件截面承载力相应降低,从而使其综合抗力水平降低。因此,在正常使用荷载作用下,结构构件的综合抗力水平低于总体荷载效应,结构构件的可靠性水平就不能满足规范要求。某些受火后钢筋混凝土构件经修复加固可以继续使用,在修复加固前要以一定的理论计算为基础。所以对火灾受损钢筋混凝土结构构件进行可靠性分析,能为火灾后钢筋混凝土结构的破损评估、维修加固及寿命预估提供理论基础,从而确定合理的维修加固方案、提高结构构件的综合抗灾能力、降低维修费用等。本文在前人研究的基础上,对目前国内外火灾工程研究概况进行了系统分析和总结,同时还在以下各方面作了一些尝试,主要内容如下:1.进一步完善受火后钢筋混凝土构件剩余承载力的计算方法,提高其计算精度。针对受火后构件材料力学性能衰减和截面尺寸减小,分别给出分层法和等效截面缩减法对受火后钢筋混凝土构件剩余承载力计算方法进行了初步的探讨。给出受火后构件抗力折减系数,为构件在一定条件下的可靠性分析提供理论基础。2.讨论了火灾后钢筋混凝土构件可靠性的影响因素。一方面考虑火灾过程中钢筋混凝土构件组成材料的钢筋和混凝土的力学性能劣化导致构件抗力的衰减;另一方面考虑将火灾作用过程中的钢筋混凝土构件受力改变等效成一种荷载—等效火灾荷载作用到结构构件上,使组成极限状态方程的荷载作用效应增加。从不同影响因素的角度考虑,建立了不同的受火后钢筋混凝土构件的功能函数,分析了火灾后构件剩余抗力的统计特性。3.引入时变可靠性理论,对长期使用后又遭受火灾作用的钢筋混凝土构件的可靠性进行了分析。即考虑了火灾前抗力随时间的衰减,又考虑了火灾后高温作用对结构构件抗力有所折减,同时又考虑了两个过程抗力的相关性,进而推导出火灾前和火灾后抗力相关性的公式。算例分析表明,使用时间和高温作用对结构构件的可靠性都有一定的影响,将火灾前抗力随时间变化的可靠性问题和火灾后抗力随温度折减的可靠性问题结合起来考虑,同时引入两个过程相关性是符合实际的。4.建立了四面受火后钢筋混凝土轴心受压柱的抗力模型和极限状态方程。分析了受火时间、钢筋和混凝土强度、配筋率、截面尺寸、长细比等不同影响参数对受火后钢筋混凝土柱可靠性指标的影响。5.给出受火后偏心受压柱可靠性分析方法。在综合考虑受火后偏压柱的轴力和弯矩相关性和独立性的情况下,对偏压柱进行了可靠性分析,并将两种情况下的可靠性分析结果进行了全面比较,揭示其差异性。比较结果表明,该方法对受火后钢筋混凝土偏心受压柱进行可靠性分析时比只考虑单一因素(轴力或弯矩)更符合真实情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国外火灾科学研究概况
• 1.2.1 火灾现场及室内火灾的升温过程研究
• 1.2.2 结构构件内部升温过程及温度场分布研究
• 1.2.3 钢筋混凝土材料在高温下和高温后力学性能研究状况
• 1.2.4 结构和构件在高温下与高温后力学性能的研究
• 1.2.5 火灾后钢筋混凝土结构构件可靠性的研究
• 1.2.6 火灾后钢筋混凝土结构及构件的受损分析和加固
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 高温后材料力学性能和构件温度场的研究
• 2.1 概述
• 2.2 高温后混凝土材料的力学性能
• 2.2.1 高温后混凝土的抗压强度
• 2.2.2 高温后混凝土的弹性模量
• 2.2.3 高温后混凝土的应力—应变关系
• 2.2.4 高温后混凝土的泊松比和体积应变
• 2.3 高温后钢筋的力学性能
• 2.3.1 高温后钢筋的强度
• 2.3.2 高温后钢筋的弹性模量
• 2.3.3 高温后钢筋的应力—应变关系
• 2.4 高温后钢筋与混凝土的粘结强度
• 2.5 火灾发生时构件截面温度场的确定
• 2.5.1 标准的火灾温度—时间曲线及等效时间模型
• 2.5.2 材料的热工性能
• 2.5.3 热传导方程
• 2.5.4 二维热传导问题数值解法
• 2.5.5 计算程序及其仿真试验验证
• 2.6 本章小结
• 第3章 火灾后钢筋混凝土构件剩余承载力的计算
• 3.1 概述
• 3.2 火灾后钢筋混凝土受弯构件剩余承载力的计算
• 3.2.1 计算原理和基本假设
• 3.2.2 分层计算法
• 3.2.3 等效截面缩减法
• 3.3 计算实例
• 3.3.1 火灾时钢筋混凝土梁内最高温度分布的确定
• 3.3.2 分层法计算火灾后钢筋混凝土梁的剩余承载力
• 3.3.3 等效截面缩减法计算火灾后钢筋混凝土梁的剩余承载力
• 3.4 本章小结
• 第4章 火灾后钢筋混凝土构件可靠性的影响因素
• 4.1 概述
• 4.2 可靠性的基本概念
• 4.2.1 结构的功能要求
• 4.2.2 结构的功能函数和极限状态
• 4.2.3 结构可靠度和失效概率
• 4.2.4 结构可靠性指标
• 4.3 影响火灾后钢筋混凝土构件可靠性因素的分析
• 4.3.1 火灾后钢筋混凝土构件抗力模型的确定
• 4.3.2 钢筋混凝土构件等效火灾荷载的理论计算
• 4.4 荷载和抗力统计参数
• 4.4.1 荷载的统计分析
• 4.4.2 抗力的概率类型分布
• 4.4.3 影响抗力各随机变量的统计分析
• 4.5 火灾后钢筋混凝土梁功能函数的建立
• 4.5.1 考虑火灾荷载作用的功能函数
• 4.5.2 考虑抗力衰减的功能函数
• 4.6 本章小结
• 第5章 火灾影响下钢筋混凝土梁时变可靠性分析
• 5.1 概述
• 5.2 火灾前抗力随时间变化过程
• 5.2.1 抗力随时间变化模型
• 5.2.2 火灾前抗力的概率类型分布和统计参数计算
• 5.3 火灾前荷载效应的计算和功能函数的建立
• 5.4 火灾前梁极限状态方程的建立
• 5.5 火灾后钢筋混凝土梁的可靠性分析
• 5.5.1 极限状态方程的建立
• 5.5.2 影响受火后RC梁抗力统计参数的分析
• 5.6 火灾前和火灾后两个过程抗力的相关性分析
• 5.7 计算实例
• 5.7.1 火灾前梁的可靠性分析
• 5.7.2 火灾后梁的可靠性分析
• 5.7.3 长期使用受火后梁的可靠性分析
• 5.8 本章小结
• 第6章 火灾后钢筋混凝土柱的可靠性分析
• 6.1 概述
• 6.2 四面受火后钢筋混凝土柱的可靠性分析
• 6.2.1 抗力模型和极限状态方程
• 6.2.2 计算实例
• 6.3 火灾后RC柱综合考虑轴力和弯矩的可靠性分析
• 6.3.1 火灾后偏压柱剩余抗力的计算
• 6.3.2 火灾后偏压柱功能函数的建立
• 6.3.3 影响柱剩余抗力的统计参数分析
• 6.3.4 可靠性分析方法
• 6.3.5 计算实例
• 6.4 本章小结
• 结论
• 一.创新点
• 二.结论
• 三.展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢