火灾下混凝土梁桥有效预应力衰变机理研究

发布时间：2017-08-20 05:31

  本文关键词：火灾下混凝土梁桥有效预应力衰变机理研究

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【摘要】：近年来,随着交通量的日益增加及交通工具的多样性,火灾作为桥梁的一种偶然荷载已成为公路桥梁最严重的灾害之一。桥梁火灾对桥梁产生的破坏巨大,不仅严重影响交通质量,造成巨大经济损失,重者甚至可能导致桥梁坍塌。因此有必要对桥梁抗火性能进行研究。体内预应力是火灾高温下预应力混凝土梁桥抗火性能研究的关键因素之一。本文以国家自然基金项目“火灾下混凝土桥梁有效预应力衰变机理与承载能力分析方法研究(51308056)”为依托,研究主要内容如下:(1)基于国内外学者、相关规范研究的成果,给出了火灾下适合预应力混凝土梁桥温度场分析及力学性能分析所需材料的热工参数及力学参数;明确了箱梁温度场分析时温升曲线,热传导控制方程,边界条件,通过有限元程序ANSYS对箱梁温度场进行求解,获得了箱梁截面在单面受火和三面受火时的温度分布规律。(2)选取某三跨预应力混凝土连续梁桥为研究背景,基于受火面和受火跨设定12种火灾工况,基于强度换算理论计算混凝土的累计烧损深度和钢筋折减后换算面积,保持预应力混凝土箱梁截面未受火部位的原始配置代入专用程序midas civil进行烧损后的预应力损失计算分析,分析受火面和受火跨对钢束预应力损失值影响,揭示了火灾下混凝土箱梁预应力损失变化规律;建立了火灾下混凝土箱梁钢束预应力损失时程计算公式。(3)基于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004),通过截面分析方法,研究了火灾下混凝土梁桥基于截面有效预应力衰减程度的评价方法。基于截面有效预应力储备度的评价标准,选取某三跨预应力混凝土连续梁桥中跨墩顶和跨中截面为关键截面,计算在火灾工况第二跨底板、腹板及翼缘板三面同时受火,延火0min、60min、120min及180min时截面有效预应力储备度值,进行了火灾下实桥有效预应力储备度衰减整体评价,判定了火灾下桥梁结构的安全状态。
【关键词】：预应力混凝土 火灾 有限元 预应力损失 安全评价
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容及方法16-18
• 第二章 火灾下预应力混凝土梁桥材料热工特性和力学特性18-28
• 2.1 高温下混凝土的热工特性18-20
• 2.1.1 高温下混凝土的热传导系数18
• 2.1.2 高温下混凝土的比热容18-19
• 2.1.3 高温下混凝土的质量密度19
• 2.1.4 高温下混凝土的热膨胀系数19-20
• 2.2 高温下混凝土的力学性能20-22
• 2.2.1 高温下混凝土抗压强度20
• 2.2.2 高温下混凝土弹性模量20-21
• 2.2.3 高温下混凝土应力应变关系21-22
• 2.3 高温下预应力钢筋的热工特性22-24
• 2.3.1 高温下预应力钢筋的热传导系数22-23
• 2.3.2 高温下预应力钢筋的比热容23
• 2.3.3 高温下预应力钢筋的密度23
• 2.3.4 高温下预应力钢筋的热膨胀系数23-24
• 2.4 高温下预应力钢筋的力学特性24-27
• 2.4.1 高温下预应力钢筋极限强度24-25
• 2.4.2 高温下预应力钢筋屈服强度25
• 2.4.3 高温下预应力钢筋弹性模量25-26
• 2.4.4 应力应变关系26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 火灾下预应力混凝土箱梁温度场分析28-38
• 3.1 研究背景28-30
• 3.2 火灾温升曲线30-31
• 3.3 热传导控制方程31
• 3.4 边界条件31-32
• 3.5 有限元模型32-33
• 3.5.1 有限元模型的建立32-33
• 3.5.2 温度场求解控制33
• 3.6 温度场分析33-37
• 3.6.1 温度云33-35
• 3.6.2 温度时程35-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第四章 火灾下混凝土梁桥预应力损失分析38-76
• 4.1 火灾工况设计38-40
• 4.2 强度换算40-53
• 4.2.1 基本原理40-41
• 4.2.2 混凝土烧损深度的等效计算41-51
• 4.2.3 钢筋强度的折减51-53
• 4.3 预应力损失值分析53-71
• 4.3.1 受火面的影响54-59
• 4.3.2 受火跨的影响59-71
• 4.4 火灾下预应力损失公式的提出71-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 火灾下混凝土梁桥有效预应力衰减程度整体评价76-82
• 5.1 基于截面有效预应力衰减程度评价方法76-79
• 5.1.1 基于有效预应力储备度的评价标准76-78
• 5.1.2 基于储备度衰减率的评价标准78-79
• 5.1.3 基于名义裂缝宽度的评价标准79
• 5.2 火灾下有效预应力衰减程度整体评价79-81
• 5.2.1 主控截面有效预应力合力效应79-80
• 5.2.2 主控截面有效预应力衰减程度整体评价80-81
• 5.3 本章小结81-82
• 结论与展望82-84
• 结论82-83
• 展望83-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 一、已发表的学术论文89
• 二、参与的主要科研项目89-90
• 致谢90

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本文编号：704892