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火灾受损钢筋砼结构的可靠性评估与维修加固

郭国旗  
【摘要】: 火灾给人们的生命财产、自然资源带来极大的危害。所有火灾中,建筑火灾占有相当大的比例。钢筋砼结构物由于火灾影响,导致钢筋和砼材料强度和弹性模量等力学性能的衰减,以及钢筋与砼粘结强度的退化,结构构件截面承载力相应降低,在正常使用荷载作用下,结构的综合抗力水平低于总体荷载效应,各构件控制截面的抗力储备水平低下,结构整体安全度水平不能满足规范要求。火灾受损建筑物能否继续使用,长期以来主要凭经验主观判断,对火灾受损钢筋砼结构进行安全性评估,决策其可维修等级,对可维修结构进行优化维修加固处理,科学合理地对待火灾受损结构是具有重大经济意义和社会意义的课题。 本文在前人研究的基础上,对目前国内外火工程研究概况进行了系统分析和总结,综合运用砼结构基本理论、概率理论、结构可靠度理论、数学规划及维修决策分析理论、结构优化设计理论等对火灾受损钢筋砼结构进行了安全性评估,并对火灾后可维修结构的维修决策分析方法和维修加固优化设计方法进行了研究。主要工作包括: 1、研究了钢筋砼结构受火灾后的材料性能特点以及火灾对钢筋砼结构构件截面几何尺寸的影响。 结构的抗火性能包括结构在火灾中及火灾后的承载能力、变形能力、稳定性和完整性等,其抗火性能的研究则包括结构材料的高温性能(高温中和高温冷却后)和结构的火灾表现性能(强度、刚度、稳定性)两方面。 钢筋砼结构受火灾后,平截面假定仍然成立。对火灾后钢筋砼梁进行剩余承载力计算时,受压区宽度折减,拉区受力钢筋强度退化,用宽度折减系数将受压区折算成阶梯形(受压区受火)和矩形(受拉区受火);四面受火时矩形截面柱的有效截面变为双轴对称阶梯形,钢筋砼圆形柱四面受火 时,等温线为一簇同心圆。 2、通过引入钢筋与砂协同工作调整系数,分忻总结了火灾受损钢筋硷 梁工截面剩余承载力。框架柱剩余承载力的汁算方法。 3、分析研究了可维修结构从其。N了性论i正直到结构因破坏而退役各 阶段结构抗力效应特点和荷载作川效应特点,定义了“概念结构”、“设计结 构”、“新建结构”、“在役结构”、“受灾结构”及“维修结构”的安全度概念。 4。研究建。)了火灾受损钢筋胜结构构件控制截面安全度系数概念和 汁算方法,以及延性结构的女全度系数汁算i法_ 考虑到受火灾钢筋砂结构,山十钢筋和旺材料的极限应J]受火灾温度场 的影啊而发牛衰减,钢筋’爪间的粘结强度在温度较r高时山发生退化,X致 钢筋’)吐的协同*作模人的变化,巳肝受火灾后结构几何尺寸的变化,构件 截血的安全性功能函数L]J友JJ;为 Z。-厂(0lu7,Jl。;凡;;。,sZF;·’…·;R,;;;T,J,;) 一沁“。一S且Jn的u了.一SZJn…n沁鹰三J可Z.一S多IJ w应地截而安全度可表了为Zr>0的确上率*r,一只考虑随机性时,表 观为概率只广。 只I:-P(ZF>* 一*Ku*一J;:>0}{KuT一*厂>0}…川Knu*一J,;厂>OZ) 对延性结构的安全度分析,必须结合结构具(扒麦况及外界环境的特点, 逐阶段分忻,确定结构的女全性功能的最严重夫效馍式;; 对最终形成机动体系而¥致整体安全性失效的模式,整体安全度系数汁 算可近似但串联系统考虑,如设结构整体安全。叮功能模式中,有n个塑付铰 出现,目-第j个塑性铰处的截面安全度系数为尸。,则整体安全度系数为 11 、 一 尸*一尸*尸**·’·p,功; 5、分析探讨了灾后钢筋硷结构支全性评估方沽及雏修结构的安全。卜 评估方法。 出观结构最3’”重失效模式所需的所有塑忖铰,结构才达到其极限状态。 延件结构的安全度可由结构最严重大效模式所对应的安全度来表征。 荆 修十“设计维修结构”l。Jitf度的i法来评估“维修结构”的可靠度 …《),n一尸厂多)ti厂if…O厂 人中…;;(T)——为“设?!-维修结构”的计算可靠度。 6、介绍了火灾受损结构的上要维修加固厂法,火灾受损钢筋姓框架杜 的加固方法主要包括:增大截m法。角钢加同法、粘帖钢板法:梁的加IN方 泌-广要包括:侧山加厚法、川加钢筋法、梁底粘帖钢扳法。侧面粘帖溯板箍 法。通过引入反映建筑结构雏修难引呈度的维修性指标函数,建立了在役结 构可靠度与维修费用问的关系式,即结构维修费用*与维修后结构。。帅度 叭’之间的坝沦关系式为 IC_I y,=l(lt。)cXPI=-----F “D尸二(F) 办卜卜丐为 11-V。l 厂。(q)。


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