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《燕山大学》 2017年
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过火预应力箱梁的温度效应及承载力分析

安赛  
【摘要】:针对桥梁火灾的频繁发生以及经济损失较大的问题,桥梁火灾的研究已成为热点,对于过火桥梁的温度场分布以及受火后的力学性能的研究对公路桥梁的安全运营具有重要的意义。本文主要以工程实例为研究背景,利用ABAQUS有限元研究了过火预应力箱梁火灾中的温度场及其应力分析,以及火灾后的承载力试验研究。归纳完成了桥用混凝土和钢筋材料的热工性能和高温力学性能。预应力箱梁火灾中研究阶段,采用HCM升温曲线和ISO-834升温曲线作为温度荷载对箱梁进行了温度场分析,并选择同实际案例较接近的工况作为温度荷载进行了温度应力分析。温度场分析结论表明:多面受火和单面受火情况下,底板和桥面的温度分布不同。对于多面受火时,底板和桥面两侧边缘温度较中间要高,而单面受火情况下,底板和桥面两侧边缘温度较中间温度要低。直接受火面上的参考点和相对非直接受火面上的参考点温度-时间曲线的趋势是类似的。同一参考点温度随加热时间的延长而增加。但在受火面上的参考点,在迅速升温过程段,接近700℃附近出现一个趋于平缓的升温段(出现明显的拐点),原因在于火灾发生时外部混凝土最先损坏,致使外层混凝土脱落。对于不同的升温曲线,对温度场的影响不是很大,只是HCM升温曲线较ISO-834标准升温曲线温度升高迅速,峰值温度略高,但是箱梁的温度场分布趋势没有太大的区别。温度场应力分析结论表明:当延火时间在短时效(10 min之前)时,箱梁结构中的最大miss应力和空间变形量较小且在缓慢增长。随着延火时间的增长,在10 min之后,miss最大应力和空间变形量突然剧增。在延火时间到15 min后,miss最大应力和空间变形量缓慢增长,基本趋于平缓。在35 min时箱梁结构上的最大miss应力为5.76 MPa,完全大于混凝土的抗裂拉应力强度(f_(tk)=2.65 MPa),且主要分布在箱梁底面,此时表明箱梁底面最外层混凝土已经脱落;空间变形最大量为2.58 mm,在桥面变形较大。预应力箱梁火灾后研究阶段,主要对预应力箱梁进行了静力载荷试验,分别按汽15级、公路II级、公路I级进行逐级加载,将桥跨结构的应变和挠度试验值与理论值进行比较。主要结论如下:在试验荷载作用下,各控制截面的应力和挠度测点在各工况下的实测值均小于理论值,且应力和挠度校验系数ζ<1.0,结构承载力和刚度满足设计强度要求。在卸载后各测点的位移和挠度相对残余变位S_p~'≤20%,且在静载试验中,数据显示箱梁截面应力分布满足平截面假定,表明结构具有良好的弹性工作状态。整个试验加载过程中未发现既有裂缝的扩张以及新的裂缝出现,表明结构具有较好的抗裂性。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U441

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