钢索燃烧特性和钢绞线高温力学性能试验研究

以某斜拉索特大桥火灾为背景,对受火损伤钢绞线进行了力学性能检测,量测了断面收缩率、极限抗拉强度等指标的变异情况,并根据受火损伤钢绞线抗拉强度折减情况评估其受火程度;对完好钢索进行了火灾燃烧模拟试验,获得了钢索火灾燃烧模式和钢索燃烧时温度场分布规律;同时对未受火损伤钢绞线进行了高温下及高温后力学性能试验,评估初始施工荷载作用的影响程度;最后,对受火损伤钢绞线火灾温度场进行推定,依据极限抗拉强度、断面收缩率等力学指标推定火灾温度场的可靠性及局限性。研究结果表明:钢索的火灾危险性极大,且钢索内各根钢绞线受火程度存在明显差异,根据断面收缩率-温度关系推定的火灾温度场能较好地反映钢绞线在火灾中的实际情况。     

考虑防火涂料的PC箱梁时空温度场及刚度退化试验研究

为了明确涂有防火涂料的预应力混凝土（PC）箱梁火灾温度场及火灾后的刚度退化性能,针对3片有、无膨胀型防火涂料的PC简支箱梁开展了火灾模型试验研究。基于预应力混凝土梁受火性状推导了刚度衰变率与挠度衰变率关系方程,通过分析混凝土箱梁截面时空温度场分布状态,基于分区域理论提出了一种PC箱梁受火损伤后初始截面等效刚度简化计算方法,并基于自振频率推导了受火梁动刚度计算公式;对模型梁进行了火灾后的静力逐级加载和动力性能试验,分析了受火梁挠度、频率等静、动力参数的变化规律,研究了受火损伤状态对箱梁静、动力特征参数的影响;基于理论计算和试验数据对比分析了受火梁静、动力刚度在不同损伤状态下的退化规律。研究结果表明：膨胀型防火涂料的使用显著降低了预应力混凝土箱梁的高温敏感性,混凝土温升速率明显下降,大幅降低了混凝土结构温度,有效减少了混凝土结构开裂和爆裂现象;受火试验梁的截面静刚度随荷载增加而逐渐减小,且初始损伤越大,进入弹塑性阶段发展越快,越早达到结构极限承载力;初始损伤状态对结构截面静刚度的影响大于对结构动刚度的影响,且截面静刚度衰减速率比动刚度衰减速率更快。提出的受火梁静、动刚度及固有频率的简化计算方法可为火损箱梁的结构静、动力性能初评估提供理论依据。     

火灾下混凝土空心板温度场及损伤规律研究

为分析火灾下混凝土空心板温度场分布变化，研究其结构受火损伤规律，从服役多年的空心板桥上截取长2.6 m的梁段，按ISO 834标准规定的升温曲线对其进行180 min的明火高温试验，通过预埋温度传感器实测获得空心板梁段温度场随受火作用时间的分布变化规律。在此基础上，结合统计得到的混凝土热工参数代表值、火灾试验升温加热过程和空心板实际受火热边界条件，对梁段的温度场进行有限元数值仿真分析，并将温度场理论计算结果与实测结果进行比较，分析温度场计算偏差的主要原因，探讨温度场有限元模型参数合理取值。采用300℃、500℃和800℃等温线法分别计算火灾下空心板的截面缩减系数。基于最小二乘法拟合得到空心板截面缩减系数与受火作用时间关系，对其火灾下截面损伤进行多项式量化。研究结果表明：空心板内部在试验前期升温速度较快，后期趋于平缓；同一时刻下，空心板内部温度沿梁高方向非线性递减，且梯度逐渐降低；空心板温度场有限元数值仿真结果与实测结果接近；所提出的热工参数代表值合理；空心板截面高度对其受火损伤范围影响不大；火灾下混凝土空心板截面缩减系数随受火时间呈二次抛物线递减，并随梁高递增。该研究成果可用于类似桥梁火灾下的温度场仿真分析和损伤状况评估。     

混凝土桥梁火灾损伤数值分析方法研究

以混凝土桥梁为研究对象,进行火灾作用下的混凝土结构损伤数值分析。首先,根据桥梁火灾特点,制定火灾热释放速率分析方法,并对桥梁火灾发展过程进行分析,建立了桥梁火灾模型。然后,采用FDS进行桥梁火灾数值模拟得到火灾温度场,并以此为基础进行了桥梁结构温度分析。最后,根据不同温度下的混凝土外观损伤特点,进行了桥梁外观损伤分析。同时,根据温度沿混凝土板厚的变化规律,建立了受火桥梁损伤深度计算方法。通过上述研究,形成了适用于混凝土桥梁火灾损伤的数值分析方法,可用于桥梁火灾损伤评估,有助于提升桥梁养护质量。     

预应力混凝土空心板梁桥火损后检测评定

桥梁结构在遭受火灾后,由于部分构件受火后会有不同程度的损伤,桥梁的承载能力可能会降低,从而影响行车安全。该文以某先张法预应力混凝土空心板梁桥火灾后的检测评定为例,分析了桥梁结构火灾的特点以及高温对桥梁结构的影响,介绍了火灾后桥梁检测评定的工作流程及方法。     

火灾下预应力混凝土T形截面梁破坏模式研究

为了给出火灾下预应力混凝土薄腹梁的破坏准则,针对火灾下预应力混凝土T形截面梁桥的破坏问题,研究火灾高温传导模式和热传导混合边界条件,设定预应力混凝土T形截面梁的火灾作用模式,分析其温度场分布状态,并给出预应力混凝土T形截面梁变形破坏的计算细节和判定条件。采用热力场耦合计算方法,研究不同火灾模式下预应力混凝土T形截面梁桥的破坏模式,跟踪不同火灾模式下预应力混凝土T形截面梁的梁肋变形和翼缘板变形路径。研究结果表明:仅预应力混凝土T形截面梁的梁肋受火时,梁肋的破坏时间和翼缘板的破坏时间相同,其耐火时间相对于其他受火模式较长;预应力混凝土T形截面梁下部单侧受火时,T形截面梁的截面产生显著畸变,受火侧翼缘板的破坏先于梁肋的破坏,破坏时间提前10min;预应力混凝土T形截面梁下部和顶部均受火时,两侧翼缘板的破坏均先于梁肋的破坏,破坏时间提前10min;预应力混凝土T形截面梁顶板受火或整体受火时,T形截面梁的破坏时间相对较早,为40~60min,顶板受火对预应力混凝土T形截面梁的耐火极限影响显著,该研究可为预应力混凝土薄腹梁的抗火性能研究和抗火设计提供理论依据。     

火灾下混凝土桥墩仿真分析

沪宁高速无锡段某预应力混凝土桥发生以粗苯为燃料的突发性火灾,该桥因此受到严重损伤.对处于核心受火区域的该桥桥墩进行受火分析,确定桥墩内部在火灾环境下的温度场分布,评判桥墩的受损情况,同时对桥墩的加固提出相应的建议.     

某混凝土公路桥火灾后损伤评定

为给火灾后桥梁的维修加固提供合理意见,需先对灾后桥梁进行损伤评定。以某受火混凝土公路桥为研究对象,根据混凝土表观检测进行受损区域划分,初步确定构件不同区域受损程度。采用碳化深度及回弹检测法分析确定各区域的受火影响范围和深度。进行构件不同区域表面过火温度的分析,推定混凝土内部温度,在此基础上进一步推定出混凝土及钢筋力学性能的退化情况,最后对桥梁性能进行损伤评定。经评定分析该公路桥受火最严重的箱梁底板及桥墩评定为Ⅲ级中度烧灼,对结构安全和正常使用有不利影响,应采取相应加固维修措施。     

火损后预应力混凝土空心板梁检测、评估与加固技术研究

火灾在短时间内产生高温并对桥梁结构造成损伤,一般虽不致使桥梁立即倒塌,但却降低了其安全性、适用性和耐久性,使其无法继续正常使用。火灾后,必须及时、科学地对受损结构构件进行损伤评估,才能为火损后桥梁的处治对策提供可靠的理论与数据支持。依托足尺预应力混凝土空心板梁火损试验,进行火损后预应力混凝土空心板梁的检测,研究火损后该类板梁构件的损伤表现。在受火过程中板梁底板混凝土可能会发生爆裂情况,可能导致钢筋及钢绞线外露,直接承受火焰的炙烤。火损后板梁的剩余承载力一方面与钢绞线处的平均过火温度有关,另一方面与混凝土的爆裂严重程度有关,若钢绞线处的平均过火温度较高且混凝土爆裂导致钢绞线外露,则在加载过程中钢绞线可能断裂,使得火损后板梁承载能力明显下降。根据实测的火损后预应力混凝土空心板梁剩余承载力大小,采用粘贴碳纤维布方式对空心板梁进行加固,研究该加固方法的实际加固效果。结果表明:钢绞线所遭受的最高温度是火损后预应力混凝土空心板梁评估中的一个重要指标。烧失量法是检测混凝土过火温度较为精确的一种方法,可供实际工程应用时参考。粘贴碳纤维布加固火损后板梁是一种行之有效的加固方法,但碳纤维布对于刚度的贡献几乎为零。     

燃油火灾下预应力混凝土梁耐火试验

为研究预应力混凝土（PC）桥梁遭遇燃油火灾时的耐火性能，设计制作了3榀大比例PC简支缩尺模型试验薄腹梁，包括1榀箱形截面梁和2榀双T形截面梁，以荷载水平和截面类型为试验参数，开展了燃油火灾升温条件下PC梁局部受火试验。获取了梁截面混凝土温度和预应力钢束温度变化、跨中挠度变化、有效预应力衰变、裂缝开展、爆裂分布与深度以及耐火极限相关试验数据，深入探索了燃油火灾高温下PC梁的损伤演化规律和破坏模式。试验结果表明：梁截面各测点温度在受火期间随着受火时间的增加其整体趋势不断升高，由于水分的蒸发造成温度曲线在100 ℃~120 ℃之间有一明显的缓平段，箱形截面梁箱内温度在达到100 ℃后几乎保持不变。停火后，混凝土内部和预应力钢束温度持续升高，距受火面距离越远，在停火后升温持续时间越长，预应力钢束在停火后最高升温161 ℃。火灾下PC梁挠曲变形分为受火初期显著增长、受火中期缓慢增长和受火后期急速增长3个阶段，最终由于预应力钢束断裂表现出明显的脆性破坏特征。按常温下适筋梁设计的PC模型试验梁在火灾高温下呈现为少筋梁破坏特征；钢束的有效预应力在火灾高温下表现出先增加、后衰减，最后被拉断应力突然降低的三阶段变化特性。箱形闭口截面梁的混凝土温度和预应力钢束温度均低于双T形开口截面梁，其耐火性能明显优于双T形开口截面梁，破坏时预应力钢束临界温度分别为397 ℃和319 ℃。荷载水平由0.35增加至0.55时，火灾下PC梁耐火极限降低21%，破坏时预应力钢束临界温度由416 ℃降低至319 ℃。研究成果可为PC桥梁耐火试验提供方法指导，为其抗火设计和灾后应急提供理论依据。     

基于HC温升曲线的T梁抗弯承载能力分析

为研究预应力混凝土T梁在火灾后承载能力随延火时间的变化规律,采用ANSYS建立实体模型,通过施加不同的火灾工况,设计材料在高温下的强度折减,计算不同火灾工况下的抗弯承载力并对其安全性进行评估。结果表明,T梁在桥面受火时承载能力衰减程度低,承载力满足要求;T梁腹板底部及多面受火时,承载能力衰减速率先迅速后缓慢,在一段时间后均不满足要求。     

隧道混凝土烟道板抗火性能研究

上海长江隧道是当时世界上直径最大的盾构隧道之一,为保证其在火灾下的抗火安全性,从隧道结构设计、烟道板耐火设计、耐火混凝土配制、混凝土耐火性能评价等角度对隧道混凝土烟道板抗火性能进行研究。通过耐火试验对混凝土烟道板的抗火性能进行评估,结果表明所研制的隧道混凝土烟道板具有良好的抗火性能,耐火极限不低于30 min,火灾损伤评级为中度损伤(Ⅱ),符合隧道耐火设计要求,对提高隧道在火灾条件下的安全性具有重要意义。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

某特大桥桥墩墩身火灾后安全性评定及修复

以某公路特大桥桥墩墩身火灾为例,介绍了火灾现场调查内容和材料损伤检测。根据材料强度损伤检测结果推断墩身的受火温度,在确定受火温度的基础上运用数值模拟方法确定了墩身的烧伤深度。通过分析墩身火灾前后承载能力的变化,依据火灾安全性评定标准进行了不同受火面鉴定评级定并制定了相应的加固方案,可为日后的火灾工程事故研究和加固设计提供借鉴。     

多肋火灾下混凝土T形梁桥实体剪力滞比研究

为研究多肋火灾下混凝土T形梁桥的剪力滞变化规律,以横桥向5片T形梁组成的混凝土简支梁桥为背景进行分析。采用ANSYS建立混凝土T形梁桥多肋火灾模型,分析多梁肋在对称火荷载作用下,混凝土T形梁桥实体剪力滞比的变化特征。结果表明:所有梁肋受火时,随火温持续时间的延增,剪力滞比呈指数曲线趋势逐渐增加,且处于负剪力滞分布状态;单侧半跨5片梁肋受火,火温持续时间在20min内时,剪力滞比变化明显,火温持续时间在20~60min时,剪力滞比基本回至初值,且随火温持续时间的延增,剪力滞比时程曲线逐渐向初始状态靠拢,走势平坦;桥跨方向非连续梁肋受火,近火梁肋剪力滞比显著。     

预应力混凝土空心板梁火灾损伤特性研究

为探究火灾对预应力混凝土空心板梁受力性能的影响机理,制作10片跨径13 m的预应力混凝土空心板梁进行火灾模拟试验和火灾后的静力加载试验,分析火灾过程中及火灾后的试件状态、梁体内部温度及火灾后的剩余承载能力。结果表明:火灾初期梁体受火面混凝土会随机性爆裂,爆裂削减了钢绞线的混凝土保护层厚度,导致钢绞线火灾中温度显著升高;随着火灾时间增长,梁体腹板中部出现竖向裂缝,梁体逐渐下挠,内部温度逐渐升高,但高温影响区主要集中在距受火面10 cm以内。火灾后梁体剩余承载能力跟火灾持续时间有一定的关联性,但关键取决于火灾中钢绞线经历的最高温度;钢绞线的混凝土保护层爆裂越严重,保护层厚度越薄,钢绞线经历的温度越高,火灾后梁体承载能力损失越严重。     

预应力混凝土空心板梁火灾中行为特点的试验研究

桥梁结构遭受火灾时内部会产生不均匀的温度场,温度场的分布及其随时间的变化十分复杂。开展室内火灾试验,使3片足尺预应力混凝土空心板梁经受不同程度的火损,探究试验梁的温度场分布、梁体变形以及应力应变的变化规律。3片试验梁在相同的火场温度(仅受火时间不同)下进行火灾模拟,各片梁的爆裂程度却不相同,在进行温度场计算时需考虑每片梁的混凝土爆裂程度。借助有限元软件ANSYS模拟梁体的温度场时考虑实际爆裂情况,得到的计算结果与试验数据吻合度较好。各片梁经受火灾时的应变变形具有相似的规律性,借助有限元软件ABAQUS得到梁体的受力和变形计算模型,计算结果显示在火损时间小于1 h时,模型与实测吻合较好,可用于分析大部分的实际火灾情况。     

公路隧道衬砌混凝土火灾高温下的物理力学损伤规律

围绕公路隧道衬砌混凝土火灾高温下的物理力学损伤特征,通过大量的公路隧道衬砌混凝土试件烧蚀试验,及试件烧蚀后的探伤试验（超声波法、回弹法）、强度试验和刚度试验,系统研究国内公路隧道C20～C35常用混凝土标号区间的混凝土材料火灾损伤,给出各种工况下的损伤规律与表现特征。对公路隧道衬砌结构温度损伤形式进行划分,对混凝土材料的火灾后力学性能进行归纳分析,建立衬砌混凝土外观和力学指标与火灾温度的定性、定量关系,总结提出衬砌混凝土损伤等级,为定量与定性评价公路隧道衬砌混凝土损伤状况提供试验依据。     

公路隧道衬砌火灾损伤专用测强曲线试验研究

依托西部交通建设科技项目,针对公路隧道中常用的C30混凝土制备试块,采用不同温度、不同燃烧时间对隧道衬砌试块进行烧损试验;并通过抗压强度试验得到混凝土试块强度分别随温度与受火时间的变化规律,以及分别通过回弹试验与超声试验分别得到回弹值与温度、波速比与受火时间的关系;最后通过以上相关试验建立了公路隧道衬砌火灾损伤专用测强曲线,为以后相关试验及实际应用提供参考.     

不同火灾规模下地下共用结构安全性研究

为探明在不同火灾规模下地下共用结构的整体安全性，进而为类似地下结构防火设计提供参考依据，以义乌商城大道隧道工程为依托，采用有限元软件ANSYS建立火灾下地下共用结构非线性瞬态热-力耦合分析模型，重点研究地下共用结构在不同火灾规模下的位移、应力变化规律以及结构各截面的安全系数。研究结果表明： 1）隧道内火灾规模的扩大会使混凝土力学性能劣化程度愈加严重，在地层荷载作用下受火结构顶板位移急剧增大，而其相邻水平共用结构顶板位移逐渐减小，进而改变共用结构的整体变形形态；且火灾高温作用会使得隧道共用结构发生应力重分布，其应力变化程度随火灾规模的增大而显著增大。2）隧道内大型客车发生火灾时，受火结构对其相邻的水平共用结构应力及安全性有较大影响，而对竖向共用结构影响较小，但可保证共用结构整体安全。