混凝土抗高温性能

1、因火灾因火灾“受伤受伤”琴桥进行混凝土修复琴桥进行混凝土修复“手术手术” 火灾导致桥洞混凝土梁板炭化，致使梁板出现大面积剥落、露筋、裂缝、预应力下降现象，桥梁“受伤”较重，降低了使用寿命。 火灾后楼板火灾后预应力管道过火后的立柱表面混凝土 抗高温（火）的钢筋混凝土结构具有下述特点： 1.不均匀温度 2.材料性能的严重恶化 3.应力-应变-温度-时间的耦合本构关系 4.截面应力和结构内力的重分布19.2.1温度-时间曲线国际标准组织（ISO）建议的建筑构件抗火试验计算式为：) 18lg(3450tTT0TT初始温度，一般取为初始温度，一般取为20；燃烧后燃烧后t分钟时的温度。分钟时的温度。平均线

2、膨胀系数质量热容或称比热容热导率或称导热系数质量密度热扩散率钢材的热工性能：钢材的热工性能：随温度的升高膨胀变形大致按线性增加，平均线膨胀系数变化不大；比热容逐渐有所增大；导热系数近似线性减小，变化幅度较大；质量密度变化很小。升温达预定值后降温，膨胀的变形逐渐回缩。随温度增高而缓慢增大，在100出现一尖峰。升温至一定值后降温，导热系数不能恢复至原有值，而是继续减小，但变化幅度不大。随温度增高而减小，在100出现一深谷。确定截面温度场的一般方法简化成稳态的和线性的一维或二维问题，求解析解。用有限元法或差分法，或二者结合的方法，编制计算机程序进行数值分析。制作足尺试件进行高温试验，加以实测。直接利

3、用有关设计规程和手册所提供的温度场图表或数据。不同钢材的高温拉伸曲线19.3.1 钢材的性能当T200时，弹性模量下降有限，T在300700间迅速下降，T=800时弹性模量很低，一般不超过常温下模量的10%。 高温作用造成混凝土的强度损失和变形性能恶化的主要原因是：水分蒸发后形成的内部空隙和裂缝；粗骨料和其周围水泥砂浆体的热工性能不协调，产生变形差和内应力；骨料本身的受热膨胀破裂等，这些内部损伤的发展和积累随温度升高而更趋严重。立方体抗压强度：T=100抗压强度下降；T=200300强度比T=100时有提高，甚至可能超过常温强度；T400以后强度急剧下降；T600后强度持续下降；T800后强度

4、值所剩无几，且难有保证。 混凝土棱柱体或圆柱体的受压应力-应变全曲线，随试验温度的增高而趋向扁平，峰点显著下移和右移，即棱柱体高温抗压强度和峰值应变增大。高温时混凝土的棱柱体抗压强度和峰值应变高温时混凝土的棱柱体抗压强度和峰值应变初始弹性模量和峰值变形模量都随温度升高而单调下降，且数值很接近，在降温过程中很少变化。泊松比随温度升高而减小。抗拉强度与抗压强度随温度变化规律不同，其比值不是一个常数，在T=300500之间出现最小值。高温是钢筋和混凝土的粘结强度高温是钢筋和混凝土的粘结强度 钢筋和混凝土的粘结强度随试验温度升高而降低的趋势与抗拉强度相似。高温时粘结强度因钢筋表面形状和锈蚀程度而有较大

5、差别。 两种极端的、基本的应力-温度途径：1.OAP先升温后加载，或称恒温加载途径。2.OBP先加载后升温，或称恒载下升温途径。混凝土高温抗压强度的上、下限混凝土高温抗压强度的上、下限恒温加载途径下的抗压强度连线，为各种途径下抗压强度的下包络线恒载升温途径下的抗压强度连线，为各种途径下抗压强度的上包络线瞬态热应变在升温阶段随温度而加速增长，且约与应力水平成正比，在降温阶段则近似常值。0AP恒温加载途径。0BQ恒载升温途径。在起始阶段（t60min）增长较快，往后逐渐减慢，持续数日仍有增加。高温徐变与应力水平约成正比增加，但随温度升高而加速增长。 混凝土在应力和温度的共同作用下所长生的应混凝土在

6、应力和温度的共同作用下所长生的应变值，由三部分组成：恒温下应力产生的应变，恒变值，由三部分组成：恒温下应力产生的应变，恒载（应力）下的温度应变和短期高温徐变，总应变载（应力）下的温度应变和短期高温徐变，总应变为：为：),/(),/(),(tTfTfTTccrcT将式（19-15）代入得：),/(),/()(),(tTfTfTTTccrctrth 混凝土的高温本构关系要解决应力（混凝土的高温本构关系要解决应力（）、应变（、应变（） 、温度（、温度（T T）和时间（和时间（t t）等）等4 4个因素的相互耦合关系个因素的相互耦合关系。19.5.1 压弯构件压弯构件1.受弯构件受弯构件三面高温梁的极

7、限弯矩三面高温梁的极限弯矩- -温度关系温度关系 拉区高温的试件拉区高温的试件在恒温加载途径下，在恒温加载途径下，材料强度因升温而有材料强度因升温而有不同程度的下降，试不同程度的下降，试件破坏时的高温极限件破坏时的高温极限弯矩和常温下极限弯弯矩和常温下极限弯矩的比值随试验温度矩的比值随试验温度的升高而降低。的升高而降低。 压区和侧面高温压区和侧面高温试件的高温承载力大试件的高温承载力大大高于拉区高温的试大高于拉区高温的试件。件。2.轴心受压构件轴心受压构件 轴心受压柱在四面受火情况下的极限承载力随温度的升高而降低，在三面高温情况下进行恒温加载试验，试件的极限承载力随温度的升高而下降，降低的幅度

8、小于四面高温的情况。3.压弯构件压弯构件 对称截面构件的极强偏心距在常温时为零，随着温度的升高，极强偏心距逐渐向低温侧漂移。 压弯构件的极限轴力-弯矩包络图，在常温状态时对轴力轴对称，在高温下曲线不再对称，其峰点随温度升高而逐渐往右下方移动。两面高温偏压构件比两面高温偏压构件比三面高温构件有更高三面高温构件有更高的承载力。的承载力。4.不同荷载（内力）不同荷载（内力）-温度途径的影响温度途径的影响 常温条件下的连续梁，在荷载作用下一般首先在支座截面出常温条件下的连续梁，在荷载作用下一般首先在支座截面出现塑性铰，其次才在跨中出现塑性铰，形成机构后破坏。在高温情现塑性铰，其次才在跨中出现塑性铰，形

9、成机构后破坏。在高温情况下，首先在跨中出现塑性铰，支座截面形成塑性铰较晚。况下，首先在跨中出现塑性铰，支座截面形成塑性铰较晚。 常温和高温情况下，连续梁的破坏机构相同，但是塑性铰出常温和高温情况下，连续梁的破坏机构相同，但是塑性铰出现的次序恰好相反。现的次序恰好相反。结构高温分析包括：1.确定温度-时间曲线和分析结构的温度场；2.确定材料的高温耦合本构关系和分析构件截面的内力-变形-温度-时间关联特性；3.分析杆系结构或二、三维结构的温度内力和变形，确定极限承载力或耐火极限等。 结构高温分析的一般原理和方法与常温结构的无异。但是，首先要确定在t时刻的结构温度场，建立材料的高温本构关系，然后代入相应的几何（变形）协调方程和平衡方程，求解后得到截面的或结构的应力（内力）和变形状态，进行极限承载力的校核。方法一方法一：方法二方法二： 构件计算截面钢筋的强度由所在处的温度确定，混凝土的强度取为常温抗压强度。