足尺结构中双向板的火灾行为及声发射特性分析

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随着建筑火灾对人们生活影响的日益突出,结构抗火课题越来越受到各国结构领域专家学者的重视,而现有抗火方面的研究主要集中在单个独立构件的受火试验和数值模拟方面。为考虑整体结构中不同构件之间的协同工作关系,本文以足尺整体结构试验为基础,对试验过程中混凝土板的火灾行为和声发射特性进行了研究。本试验的主体结构是一座3层钢框架民用建筑,在其中完成了包含4块不同边界条件钢筋混凝土板的火灾试验。试验中各楼层板面设有一定的恒载作用,炉内四根钢梁直接受火,对钢柱进行了防火保护。试验中记录了混凝土板、钢梁及钢柱的位移变化情况;对整个过程中炉内气体、混凝土板不同位置截面、钢梁及钢柱沿截面的温度数据进行了采集。最终得到了火灾条件下混凝土板、钢梁截面的温度分布规律,混凝土板平面内、外位移变化与炉温的对应关系,并结合边界条件对不同受火板的火灾行为进行对比分析。研究结果表明,整体结构中混凝土板的抗火能力较好,在高温和外部荷载作用下板面出现大量裂缝,板内力重新分布,试验过程中未出现突然垮塌;混凝土板发生明显变形的触发炉温是450℃至550℃,板内水分的存在对板温度升高有较大的延迟作用;板边约束条件对其变形有较大的影响。试验采集了整个火灾中板的声发射信号,包括单次信号的最大振幅、持续时间、能量等,还统计了所有信号的累积数量。通过研究各通道累积事件数、能量值、b值等参数随时间和炉温的变化关系,总结出板变形过程中声发射参数的分布规律和变化特征。分析认为通道累积事件数表达板块内部裂缝开展、材料相互摩擦的剧烈程度,反映出板的活性,炉温在550℃附近板的活性最高;信号能量代表事件发生的强烈程度,单次事件能量率中的较大值可以区分出出现大裂缝或大尺度破坏的时刻;声发射b值与材料内部应力状态有很大的关系,在应变能累积增加的过程b值平稳过渡或缓慢上升,当b值大幅度下降或在一定范围内剧烈波动时,则表示板出现了较大的裂缝或正在发生大范围的破坏。
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