PDF《单向面内约束混凝土双向板抗火性能 试验研究及数值分析》

第35 卷第

3 期Vol.

35 No.3 工程力学2018 年3月Mar.

2018 ENGINEERING MECHANICS

65 收稿日期:2016-11-02;

修改日期:2017-06-02 基金项目:国家青年科学基金项目(51408594);

中国博士后科学基金特别资助项目(2016T90525);

中国博士后科学基金项目(2014M560461);

中央 高校基本科研业务费专项资金项目(2014QNA78);

江苏建筑节能与建造技术协同创新中心项目(SJXTQ1614);

国家级大学生创新创业 训练计划基金项目(201610290008) 通讯作者:王勇(1984D),男,山东人,副教授,博士,主要从事结构抗火研究(E-mail: [email protected]). 作者简介:段亚昆(1994D),男,河南人,硕士生,主要从事结构抗火研究(E-mail: [email protected]);

张亚军(1996D),男,江苏人,硕士生,主要从事结构抗火研究(E-mail: [email protected]);

袁广林(1965D),男,河南人,教授,博士,博导,主要从事结构抗火和工程加固研究(E-mail: [email protected]);

王腾焱(1992D),男,江苏人,硕士生,主要从事结构抗火研究(E-mail: [email protected]);

吕俊利(1978D),男,山东人,副教授,博士,主要从事结构抗火研究(E-mail: [email protected]). 文章编号:1000-4750(2018)03-0065-14 单向面内约束混凝土双向板抗火性能 试验研究及数值分析 王勇1,2 ,段亚昆

1 ,张亚军

1 ,袁广林

1 ,王腾焱

1 ,吕俊利

3 (1. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点试验室,江苏,徐州 221008;

2. 江苏建筑节能与建造技术协同创新中心,江苏,徐州 221008;

3. 山东建筑大学,山东省建筑结构鉴定加固与改造重点实验室,山东,济南 250101) 摘要:为了分析简支板受到单向面内约束作用下的火灾行为,对两块足尺混凝土双向板进行了面内荷载和竖向 荷载共同作用下的火灾试验.研究了双向板在受火过程中沿板厚混凝土温度场分布规律、钢筋温度、板平面内外 变形以及板角平面外约束力变化规律,并与相关试验进行对比.在此基础上,基于 EC2 和ASCE 本构模型,编程 对试验板温度场、变形行为和力学机理进行了数值分析.结果表明:当板受到单向面内约束作用时,其裂缝模式 及变形规律与四边简支板明显不同,且易出现完整性破坏;

板角裂缝分布情况对板角约束力有重要影响;

本构模 型对火灾下约束板的力学机理影响较大. 关键词:钢筋混凝土双向板;

火灾试验;

数值分析;

约束;

温度;

变形 中图分类号:TU375.2;

TU352.5 文献标志码:A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.11.0845 EXPERIMENT AND NUMERICALANALYSIS ON THE FIRE-RESISTANT PERFORMANCE OF TWO-WAY CONCRETE SLABS WITH UNILATERAL IN-PLANE RESTRAINTS WANG Yong1,2 , DUAN Ya-kun1 , ZHANG Ya-jun1 , YUAN Guang-lin1 , WANG Teng-yan1 , L? Jun-li3 (1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining &

Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China;

2. Jiangsu Collaborative Innovation Center for Building Energy Saving and Construct Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China;

3. Shandong Provincial Key Laboratory of Appraisal and Retrofitting in Building Structures, Shandong Jianzhu University, Jinan, Shandong 250101, China) Abstract: To analyze the fire behavior of two-way simply-supported slabs with in-plane restraints, two fire tests were conducted on full-scale concrete slabs subjected to in-plane loads and lateral loads. The testing results include the temperature fields along the depth of the slabs, reinforcement temperature, out-of-plane and in-plane deflection and constraint reaction at the corners. The present results are compared with the relevant tests. In addition, based on the EC2 and ASCE constitutive models, a program was developed to analyze the temperature, deflection and the mechanical mechanism of tested concrete slabs. The results indicate that the cracking patterns and deflection of the concrete slabs with in-plane restraints were different from those of simply supported slabs,

66 工程力学and the integrity failure easily occurred. The corner crack distribution has an important effect on the constraint forces. Furthermore, the constitutive models have a vital influence on the mechanical mechanism of the restrained slabs in fire. Key words: two-way reinforced concrete slab;

fire test;

numerical analysis;

restraint;

temperature;

deflection 目前,国内外针对混凝土板抗火性能研究多集 中在混凝土简支板的火灾行为及其薄膜机理,对结 构中相邻构件约束作用的影响研究较少.事实上, 结构中楼板火灾行为会受到相邻构件约束作用影 响,即约束作用对板裂缝、变形和破坏模式等有重 要影响. 早在

20 世纪

60 年代,Selvaggio 等和 Issen 等 开展了面内约束作用下板的火灾试验研究[1-2] ,结 果表明:轴向约束可提高混凝土板的抗火性能.此外,ASTM 对于受约束板和不受约束板的抗火等级 提出了不同的评价标准[3] .1982 年,Anderberg 和Forsen[4] 分析表明:混凝土板的抗火性能并不总是 随着轴向约束力的增大而提高.1989 年,Lin 等[5] 开展了一块四边约束作用下混凝土双向板抗火性 能试验研究.1993 年,Cooke[6] 进行约束板火灾试 验,结果表明:轴向约束力对板的抗火性能并不总 是有利的,且约束力加载位置对其火灾行为有重要 影响.可见,由于约束板火灾试验较为复杂,影响 因素较多,如约束试验装置多为自制、升温和加载 装置存在差别和材性差异等,致使不同学者所得研 究结果存在一些冲突. 近年来,国内外学者开展了一些混凝土板火灾 试验.2002 年,Lim 等[7] 进行了板角约束混凝土板 火灾试验研究,结果表明:板角约束时,其变形规 律、破坏模式与未约束板明显不同.2004 年,Lim 等[8] 采用 SAFIR 软件开展了轴向约束作用下混凝土 单向板火灾行为的数值分析,研究表明:轴向约束 位置及大小对混凝土单向板的变形及力学行为有 重要影响.同时,Lim 等[8] 指出有必要进一步开展 约束作用下混凝土板的火灾试验研究.2009 年,王 滨等[9] 开展了四边简支钢筋混凝土双向板火灾行为 试验研究,结果表明:裂缝主要出现在板顶长边跨 中、距短边支座 1/4 处以及角部.2012 年,朱崇绩 等[10] 对足尺钢筋混凝土邻边简支邻边固支双向板 进行火灾试验研究,考察了转动约束作用下板的相 关破坏规律;

结果表明:邻边简支邻边固支双向板 的顶部裂缝形成半椭圆形的破坏模式.然而,值得 指出的是,上述混凝土双向板火灾试验均未考虑面 内约束作用的影响. 此外,2011 年~2014 年,文献[11-13]开展了 整体结构中足尺混凝土板不同板格的火灾试验研 究........