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火灾是一种高频度灾害,我国每年有逾两百万吨高强钢丝钢绞线用于预应力混凝土工程的建设,需开展预应力混凝土结构的抗火问题研究。论文主要开展了7个方面的研究工作。 (1)针对已有预应力混凝土单向简支板抗火试验对参数考虑不充分的问题,应用天津消防研究所承重梁板耐火性能试验装置完成了9块无粘结和1块有粘结预应力混凝土单向简支板的抗火试验,获得了各试验板在火灾下的温度场分布、变形发展、混凝土裂缝开展与爆裂、无粘结筋应力水平的变化、背火面水分析出及水蒸汽的形成与发展、析出水的干涸及水蒸汽消失等试验数据和资料。应用ANSYS软件实现了对火灾下预应力混凝土单向简支板的非线性全过程分析。提出合理考虑温度膨胀、高温蠕变影响的火灾下无粘结筋应变及应力计算方法和沿板厚将截面分成若干条带,将各条带的板宽乘以所考察条带混凝土与迎火面所在条带混凝土的模量比来获得火灾下预应力混凝土简支板的等效截面,并利用常温下刚度公式计算出火灾下荷载作用所引起的变形计算方法。 (2)针对已有单向连续板抗火试验的中支座未受火区域过大,与实际火灾中连续板的力学行为有一定偏差的问题,完成了9块两跨无粘结预应力混凝土单向连续板的抗火试验,获得了各试验板在火灾下的温度场分布、变形发展、混凝土裂缝开展与爆裂、无粘结筋应力水平变化、支座反力的变化等试验数据和资料。应用ANSYS软件实现了对火灾下预应力混凝土单向连续板的非线性全过程分析。提出了火灾下无粘结筋应力计算方法和连续板的变形计算方法。 (3)针对国外对于预应力混凝土连续梁的试验报道过于宏观和连续梁与连续板相比抗火性能又具有特殊性的问题,完成了9根两跨有粘结预应力混凝土连续梁的抗火试验,获得了各试验梁在火灾下的温度场分布、变形发展、混凝土裂缝开展、支座反力的变化等试验数据和资料。应用ANSYS软件实现了对火灾下预应力混凝土连续梁的非线性全过程分析。提出了火灾下预应力混凝土连续梁的变形计算方法。 (4)针对一旦在火灾下混凝土发生爆裂,受力筋将暴露在火场中,钢筋受火后其力学性能或发生迅速衰减或被烧断而引发结构坍塌的问题,对火灾下预应力板混凝土爆裂规律进行了试验研究,探讨了混凝土预压区的应力水平、混凝土的含水率、混凝土强度等级等对混凝土爆裂的影响规律,提出了预应力混凝土板在火灾下混凝土爆裂的判别方法。 (5)针对已有配筋混凝土梁火灾下正截面受弯承载力计算过于繁复的问题,提出了火灾下预应力混凝土受弯构件正截面承载力的估算方法:对于受拉区为迎火面的梁、板的控制截面,不考虑压区混凝土强度的变化,仅考虑高温对受拉钢筋强度的影响;对于受压区为迎火面的梁、板的控制截面,引入截面有效高度折减值,不考虑截面有效高度折减后剩余截面混凝土强度和拉区钢筋强度的变化,仅考虑高温对受压钢筋强度的影响。 (6)针对目前国内外混凝土设计标准对混凝土的抗火保护层厚度的取值未考虑结构抗力与有效荷载效应比值这一问题,综合考虑耐火极限、结构抗力与有效荷载效应比值对梁板混凝土抗火保护层厚度的要求,提出了预应力混凝土梁板混凝土抗火保护层厚度的取值建议。 (7)为满足预应力混凝土梁板抗火设计的需要,分耐火极限、材料选择、混凝土抗火保护层厚度、预应力筋及非预应力筋配置、防爆裂验算、火灾下两类极限状态的验算及相关配筋构造等方面对预应力混凝土梁板提出了抗火设计与验算建议。