毕业设计外文资料翻译2010

济南大学毕业设计济南大学毕业设计外文资料翻译2-11-毕业设计外文资料翻译题目暴露在极端高温下的结构——性能概述学院土木建筑学院专业土木工程班级学生学号指导教师二〇一四年二月二十三日OpenJournalofCivilEngineering,2013,3,154-160.PublishedOnlineSeptember2013暴露在极端高温下的结构性能概述谢里夫·叶海亚，加尼姆·卡斯华妮美国沙迦大学土木工程系，沙迦，阿联酋收稿日期：2013年4月21日；修订日期：2013年5月21日;录用日期：2013年5月28版权所有©2013谢里夫·叶海亚，加尼姆·卡斯华妮。这是知识共享署名许可，允许无限制地使用，分发，并在任何媒介的复制下发布的开放性文章，提供的原作是正确的引用。摘要：强度，耐久性和稳定性是材料选择和建筑行业在设计时的主要标准。因此，发展和增强建材对工程师和研究人员来说始终是一个积极而有吸引力的领域。高温（火灾）对任何结构的建筑物都是可造成重大损害的潜在威胁。对于暴露在高温或火灾下建筑材料的反应，需要进行全面研究和分析，从而吸取以前案例的经验教训。本文就是对常见的建筑材料，如在高温条件下的混凝土，钢和复合材料结构特性的介绍和讨论。此处，着重讨论的是高级材料，如纤维增强复合材料（FRP）和钢管混凝土（CFT），暴露在高温下的性能。并从不同的设计规范建议，以提高结构的抗火进行了介绍。最后，是文献中发现的数座桥梁和暴露于火灾事件的建筑物损害的评估总结。关键词：建材，耐火性，火灾对建筑物的影响，结构性能1．引言：结构的可持续发展是建筑行业主要关注的问题。暴露于火或高温是一个极端的条件，导致材料性质改变，因此，必须改变整体行为的预期。许多研究工作都致力于暴露在火和高温条件下材料的绩效评估。这些努力可加强对材料性质变化的认识，并建议指引，以避免此类事件发生。因此，本文的目的是探讨不同建筑材料暴露在高温下的行为差异。而且，设计建议和规范要求强调认识到这些差异。通常调查暴露于高温（火灾）事件下的结构，以评估它们的结构完整性和性能。利用几个主动和被动防火方法可以尽量减少或控制火灾对结构及其部件的影响，但是，材料性能的变化和结构刚度的损失的后续行动要求对结构的性能进行全面评估建议。三大类：本文中将要讨论的是材料特性，结构评估，并提出建议以增加结构抗火，尽量减少高温度的事件对结构的影响。2．材料性能材料特性如热膨胀，密度和导热性都需要仔细评估，以了解材料的性能在极端高温事件的变化。此外，材料成分的性质，如在高温影响下混凝土骨料活动的整体行为等。在建筑行业常用的材料都将在下面的小节中讨论。2.1混凝土在高温事件中由于各成分的热膨胀系数的差异使混凝土具有复杂的行为。配料混凝土混合物，以实现高强度及生产的致密混凝土混合物用更少的水泥质材料的比例（重量/厘米）在现场作业过程中保持耐久性的要求。因此，HSC的机械性能在升高温度下的情况下与常规混凝土有两个主要的不同方面：首先，强度损失在100℃至400℃温度范围内时会导致HSC发生爆裂。强度损失应该由在设计阶段引入的代码和设计规范加以考虑。此外，火灾中混凝土保护层的HSC爆裂导致钢筋直接加热使其面临整体结构能力[1,2]丧失的风险。因此，高强度混凝土（HSC）和普通强度混凝土（NSC）的防火性能存在显著的差异。影响混凝土的耐火性能的几个因素是混凝土强度，含水率，混凝土密实度和聚合型[3,4]混凝土强度：抗压强度大于55兆帕（8000psi）的混凝土比抗压强度较小的更容易剥落。由于在基体中的水的压力或不同的热膨胀在基质中的堆积情况的作用，混凝土的剥落通常发生在火灾的初始阶段，。HSC具有非常低的渗透性和水灰比，因此，水分以缓慢速率逸出，孔隙压力增加。这将导致承载能力大幅降低和混凝土截面在火灾期间预期的损失。因此，HSC比NSC剥落的几率更高[3,4]。水分：混凝土的耐火性能受游离水分或暴露在不同程度的环境湿度（RH）影响。游离水分的存在取决于粗骨料和环境的湿度。如果相对湿度水平超过80％，混凝土构件可能会在火灾时发生剥落。游离水分的能力是从有火的一侧移动到较冷的一侧以降低内部压力，因此，可减少剥落的发生。在HSC情况下，由于密度高，水分移动受到限制，因此，它更容易剥落[4,5]。混凝土密度：HSC有密实，低水灰比，及其他补充材料，如硅灰的特点。一般情况下，密实混凝土很容易在火灾下剥落。在火中，高温对混凝土芯的传输速率高，导致混凝土表层（剥落）的快速损耗[3,4]。骨料类型：任何混凝土拌合物的60％至70％都是骨料，因此，混凝土变化主要受混合物中使用的粗骨料类型影响。建筑行业通常用碳酸盐岩，硅质，轻便的三种类型的混合体。表1总结了高温对基于聚合型抗压强度和混凝土的弹性模量的影响。此外，比热和热导率受聚合类型的影响很大。热导率影响火灾情况下温度的上升速度。轻骨料相对于其他类型具有较低的热导率（0.577789317英热单位（IT）英尺/小时/平方尺/°F0°F）。然而，对所有类型的聚合物在650℃下热导率会减少到50％[6,7]。表1高温对混凝土性能的影响[6-8]1°C=33.8°F聚合类型抗压强度抗压强度碳酸盐（石灰石，白云石）保持强度可达1200°F减少高达50％，在800°F硅质（花岗岩和砂岩）减少高达50％，在1200°F减少高达50％，在800°F轻量级（天然或人造）保持强度可达1200°F减少高达40％，在800°F钢纤维混凝土钢纤维通常被加入到混凝土混合物中以改善塑料开裂的特性，拉伸强度，弯曲强度，冲击强度和控制开裂。然而，在高温下钢纤维可以降低混凝土结构的耐火性。聚丙烯纤维或钢纤维混合可用于减少在升高温度时对钢纤维的不利影响[9,10]。2.2钢当暴露在482℃的温度下，钢的屈服强度和弹性模量减少了大约12％至14％，超过这个温度这两个属性会急剧下降。此外，在高温下屈服强度和弹性模量的降低也受钢构件的碳百分比和应力水平的影响[11]。其它重要性能，由于钢温度的增加热膨胀系数也大大增加了；如公式（1）[12]：α=（6.1+0.0019T）*10（1）其中，α是热膨胀系数（单位：°F），ΔT是钢温度上升超过100°F。2.2.1钢筋钢筋如果由法规中指定的最小保护层保护，预计高温对钢筋的影响可以忽略不计。然而，由于混凝土和钢筋之间的粘合的热膨胀和变形的损失，可能导致结构失稳和影响结构的完整性[13-15]。2.2.2高强度钢屈服强度降低与应变水平是相关的，因此，高强度钢板的屈服强度比低强度钢降低的更小。此外，弹性模量的减少与高强度钢中的碳含量是息息相关的[10,16]。2.2.3冷成型钢当冷成型钢结构暴露在高温下，钢的等级是控制屈服强度的主要参数，而钢板厚度对强度损失的影响很小。此外，还有的是弹性模量和钢等级或厚度之间没有明显的关系，但是，升高的弹性模量可以通过方程（2）和（3）判断[17-19]：20<T<200C,ET/E20=—0.000835T+1.0167(2)20<T<800C,ET/E20=—0.000135T+1.1201(3)其中ET和E20分别是升高的温度和温度环境的弹性模量。2.3复合材料为了克服一些耐久性和钢筋锈蚀问题，建筑行业进步后所生产的几种新材料和采用的新施工工艺，在许多项目中被使用。纤维增强聚合物（FRP）是一种表现出良好性能，并提供了所需机械属性的复合材料的一个例子。然而，需要对复合材料的耐火性和暴露于高温下的性能进行评估。钢纤维复合材料（FRP）FRP是高耐腐蚀性隔断环境条件下的最佳选择之一。然而，在火灾的早期阶段，玻璃钢材料会失去他们的强度和刚度。Wang等人[20]进行了一个碳纤维增强聚酯（CFRP）和玻璃纤维增强聚酯（GFRP）相对于传统钢筋强度和刚度变化的实验性调查研究。他们的研究结果表明，FRP筋的临界温度约为343℃，低于这个温度的FRP筋能保持90％左右的原始闷气。然而，碳纤维复合材料和玻璃钢原强度35％至45％的削减都发生在343°C。另外，在应力——应变关系上，船舶的FRP筋在高温下几乎保持直线直至被破坏[20,21]。2.4复合材料结构2.4.1钢管混凝土（CFT）CFT混凝土芯由钢管约束。钢管所提供的约束增强了混凝土性能，也提高了结构元件的整体性能。此外，较高的抗弯承载能力，高抗震性和施工快是一些建设项目使用CFT的其他优点。然而，然而，当接触到火时需要对CFT的性能进行评估。尺寸和长细管，低截面系数（A/V比），火的方向，暴露在火中的边数是一些影响钢管混凝土截面[22,23]耐火性能的主要因素。数值模型和实验研究表明，钢管混凝土柱由于其复合行为有比高温下的定期专栏（钢或混凝土）更好的性能。这些性能可以通过钢管和混凝土芯的双重作用进行说明。当钢管混凝土柱暴露于火，负荷转移将发生在两个阶段。在第一阶段，钢管将通过其任何横截面额外的压力进行扩大。然而，当温度升高时，断面开始屈服，并由于钢管的局部压曲在整个柱的抗压强度降低。这导致了第二阶段，因为混凝土的导热系数降低的速度较慢，载荷从钢管上转移到混凝土芯的强度继续降低，直到柱或者通过弯曲或压缩失败坍塌[26]。2.4.2复合混凝土和结构钢复合混凝土和结构钢型材通常由三个主要部分组成;钢筋混凝土（RC），钢铁和螺柱（剪切连接器）[27〜29]。复合部分的耐火性是影响所有成分的行为：混凝土部分：正如前面所讨论剥落和曝光钢筋是混凝土在火灾中的主要威胁。恢复压力和水分运动，尤其是要关注钢板如果是用在钢筋混凝土板的底部上的情况。此外，紧张的支撑梁的混凝土板和变形发展会导致开裂和柱附近的潜在滑移。结构钢和连接：钢型材可作为翼部（表），梁和柱。梁下翼缘，在剪切梁腹板局部屈曲，地层塑性铰，柱翼缘受压屈曲，端板沿焊缝“连接”，在梁腹板孔的伸长率和过度变形断裂是一些火在钢截面可能造成的损害。这些损害依赖的部分中，存在限制元件，和暴露火中的时间，位置和方向[27，28,30]。剪力钉：RC和钢结构之间的综合作用通常是通过剪力钉来实现。此外，螺柱有助于纵向剪切（柄）和拉伸载荷垂直于界面（头）的阻力。这可以在纵向滑移发挥作用。在螺柱上要求高强度和刚度，以确保这两个部分之间的负载传递。然而，在高温事件中刚度和柱的容量会影响复合微结构部分的整体性能降低。此外，螺柱的数量和安排以及塑钢型材的存在会影响铸坯开裂模式[29,31]。要着重注意测试组成部分提供的信息，这是用于提高代码和设计的要求。然而，部件和连接之间的相互作用表示结构作为一个整体的行为除非在一个满量程的测试中进行，否则不能被清楚地识别[29]。3．结构性能及设计要求当前造成火灾的任何结构的性能（耐火性）取决于材料性能和绝缘/屏障抵御或限制火灾。然而，耐火等级是关于结构的半小时或一小时的增量预期的耐火性的指标[32]。热膨胀，结构结束条件（重新拉紧或无节制的），以及材料的强度和刚度的损失影响特定结构的整体性能。如果该混凝土具有较低的热导率从而导致较慢的增加混凝土温度，它就可以在火灾事件中有良好的表现。在升高温度的过程中，由于蒸气压力的增加，混凝土的剥落可能影响混凝土的机械性能。这种压力导致内部裂纹和应力超出混凝土的拉伸强度[6,32]。赫兹和索伦森发现，如果水分含量保持在低于每单位重量的3％，混凝土也不会断裂，但是，如果水分含量大于3％时，可避免使用胶结材料如硅灰或纤维混凝土发生剥落/爆裂[33]。钢结构，强度，延展性，钢铁材料的一致性，结构的形状和所施加的负荷都应该是耐火性计算的重要因素。临界温度取决于负载比和钢组合物。负载率值是所施加的设计负荷，以将产生的应力等于屈服应力在室温下的比值[12,34]。它需要施加绝缘材料如氧化镁，蛭石，喷矿物和烧蚀涂层，以保护高温下的结构钢。在复合材料结构中，在火灾中控制由热膨胀引起的应力和位移的结构行为直到材料的强度和刚度故障再次降低到之前的程度[35，36]。3.1.代码和规格代码为确定建筑物，建筑物组件和不同的建筑材料（混凝土，砖石，钢材，木材，粘土）的结构元素的耐火性提供可接受的方法。2009年的国际建筑规范（IBC2009）[37]表明，计算时，耐火极限是指规范要求的混凝土和砖石耐火结构的组件（ACI216.1-07/TMS-0216-07）[38]而对于钢结构是指标准计算方法为防火结构ASCE/SEI/SFPE29-05-第五章[39]。1）ACI216.1-07/TMS-0216-07该代码提供了四种可供参考的评估建筑材料或组件的方法，通过测试的资格（根据ASTME119[40]），计算出的耐火性（按照ACI216.1），通过过去的经验（材料/组件其中有可接受的性能历史记录），和替代方法（鼓励用于预测结构的生命安全和财产保护的新技术审批）[38]。当确定混凝土结构的耐火等级时应考虑最小等效厚度（墙壁，地板和屋顶），最小覆盖结束条件（奔放或内敛），聚合类型，钢筋类型，非预应力或预应力，结构类型（楼板，屋顶板，梁），层数，使用保温材料和最小列大小。2）ASCE/SEI/SFPE29-05该标准规定的方法用于计算结构构件的耐火作为替代的ASTME119标准耐火试验[40]。第五章涉及钢结构建筑占地柱，梁，大梁和桁架。钢柱耐火等级是根据重量，加热周长，以及所使用的防护材料种类确定的。然而，然而，标准规定了房梁程序有不同的尺寸与核准的耐火组件。该过程考虑了保护材料，重量梁或梁加热的周长的厚度。对于钢桁架，每一个部件的保护厚度应按照相同的程序，用于列来确定。然而，对于桁架支撑地面或屋顶，应遵循梁/梁程序[39]。3）欧洲法典[41-45]类似于ACI261.1和ASCE的/SEI/SFPE29-05码的欧洲规范提供的指导和建议，以确定从正规常温设计的差异。欧洲法规1第一部分（1-2）（适用EN1992-EN1996）是在任何结构设计的过程中应该被考虑的耐火性的一般规则。欧洲法规2部分1-2（EN1992年1月2日）为混凝土结构提供了详细的计算方法和模型以考虑高温下的效果。欧洲法规3部1-2（欧洲规范3-1-1，EN1991年2月2日）提供了其与火焰条件，材料属性在高温下的变形处理准则，防火设计，连接钢结构一般结构防火设计规则，截面的分类，并在光束的机械阻力不均匀的温度分布的影响。当复合钢和混凝土结构暴露于升高的温度下时应根据欧洲规范4（EN1994-1-2，EN1991年2月2日）进行设计。3.2分析模型许多分析和实验研究工作正在开展，以帮助预测建筑材料或组件的耐火性。这些分析调查的主要目的是提供建材/组件暴露在特别高温下行为的理解，实验研究需要特殊的测试环境[46-50]。表2一些结构（桥梁和多层建筑）摘要暴露于火活动结构类型消防日期主要原因主要损害纽约的一个广场，纽约钢筋混凝土无喷头系统1970安全系统错热激活钢填料失效梁在33-34层。连接螺栓火灾时的剪切布里斯托尔大路高架桥1972——40毫米剥落了很多的拱腹和暴露的低碳钢的横向。负载测试显示无容量圣保罗钢筋混凝土框架与肋板地板，CESP的中央纤芯建筑（无喷头系统）1972——局部坍塌圣保罗Joelma建设，钢筋混凝土1974易燃材料被用于提供室内外墙混凝土墙壁剥落这种情况下，部分倒塌拉斯维加斯米高梅大酒店，钢筋混凝土用喷头系统1980里面墙上拱腹电气接地的故障赌场和餐厅地板遭受几个小时的燃烧，然而没有大崩溃高速公路天桥1982卡车事故下垂的钢桥面梁至少150毫米，甲板混凝土剥落基尔服务站桥1984——有桥无主结构损伤达特福德小河沟桥1984因用于去除EPS拱腹形式的热线切割设备发生火灾预应力混凝土桥梁剥落，但是预应力梁的容量为不受火灾砾山立交桥1990由于33,000窝汽油撞向道路子损害的主要46米跨度和邻跨在两个层面和两列。建议彻底更换桥，而不是改造埃及亚历山大纺织工厂，未提供洒水器系统2000房间一楼短缺全面崩溃德国维尔高架桥，该大桥钢桥面的变形没有倒塌的长度60米2004汽车燃料的卡车事故有限赔偿和脆弱性因相对低的温度达到钢甲板。须临时修理希腊里约热内卢桥梁，世界上最长的多跨斜拉桥（2880米）2005相邻电缆损坏和粉碎在甲板上直接作用在桥上的适用性没有大的损害被发现奥克兰加利福尼亚州麦克阿瑟迷宫桥，钢板梁失败，连接失败2007燃料卡车事故局部坍塌重建主要应用于与预算达到9000万美元德国雷根斯堡运河锁钢-混凝土组合结构桥梁2008燃气管道运行下的桥洞全面崩溃洛杉矶濠景阁大道桥，钢筋混凝土2011燃料卡车事故局部坍塌。由于需要对被拆除的在钢筋混凝土重大损害结构及维修成本高4．教训从以前的事件中吸取表2总结了一些在文献中找到的意外火灾情况下的桥梁和多层建筑。每个火灾的情况是不同的（引起火灾的曝光时间的高温），然而，幸存下来的几种情况，是因为在设计阶段提供了覆盖范围。5．结论本文是专门进行高温事件下的常用建筑材料的行为的调查研究工作的概述。几个实验研究，数值模型和设计要求被列入调查。此外，对复合结构的特性进行了讨论。火灾后的温度水平，暴露时间，保护和用于控制火灾的方法对结构的性能影响很大。结构构件的耐火极限应在设计阶段加以考虑，如果暴露在意外火灾中以满足特定的行为和表现。许多研究工作提供了除了法规和规范外的指引，解释了暴露在高温下材料性能的变化。大部分的研究动机来自吸取以往事件的经验教训。参考文献：[1]ACI材料学报，卡斯蒂略和杜兰尼，“瞬态高温对高强度混凝土的影响”。87，1号，1990，页47-53。[2]“高强混凝土在高温下孔压”第三届国际会议论文集：性能，创新和结构对建材的影响，温哥华2005年。[3]“混凝土建筑物消防安全”水泥混凝土骨料及澳大利亚，2010。[4]“高强度的防火性能混凝土结构构件”渥太华研究所在建筑上的研究，1999年。[5]弗林博士，“高性能混凝土的应对火灾条件：回顾热性能数据和计量”的技术报告。[6]阿什利，“混凝土结构抗火”全国预拌混凝土协会，2007年，第67-70页。[7]“结构防火工程设计”，巴特沃思·海涅曼，佐敦希尔，牛津大学，1996。[8]曼尔·卡马拉，“火与混凝土结构”2008年。[9]罗德里格斯，复合材料结构，阿姆科雷亚，“钢纤维混凝土柱在火灾中的行为”卷92，第5号，2010年，第1263-1268页。[10]卡斯帕，诺伊曼，“区域供热隧道在哥本哈根与钢纤维混凝土个片段衬砌设计”隧道与地下空间技术，卷23，第5号，2008，第574-587页。[11]“土木工程材料”，第二版，PrenticeHall出版社，2001年。[12]“工业消防工程”威利，霍博肯，2003年。[13]哈达德，阿尔·萨利赫新墨西哥州，消防安全杂志，“高温对钢筋和纤维混凝土之间粘结效应”。卷43，第5号，2008。334-343页。[14]欧洲规范2，“混凝土结构设计规范：1.2部分：结构防火设计一般规则”欧洲标准化委员会，布鲁塞尔，1992年1月2日，2004。[15]“钢筋的高温力学性能的实验评估”消防安全研究所硕士论文。卷44，第6号，2009，909-919页。[16]罗德里格斯，复合材料结构，阿姆科雷亚，“钢筋纤维混凝土柱在火灾中的行为”。卷92，第5号，2010。第1263-1268页。[17]马亨德兰，“在高温下形成钢的冷力学性能”薄壁结构，卷49，第1号，2011，26-44页。[18]米马亨德兰“预测轻型钢在高温下的力学性能”中国结构钢的研究，卷59，2003年第12号，第1517-1532页。[19]“高温试验冷弯型钢材料的调查”薄壁结构，卷45，第1期，2007年，第96-110页。[20]王永庆，复合材料结构，“纤维增强聚合物（FRP）钢在高温下钢筋位置的力学性能和有经验的心理研究”。卷80，第1期，2007年，131-140页。[21]阿巴西和霍格，“玻璃纤维钢筋温度和环境影响：弹性模量，混凝土强度和界面粘结强度”复合材料：B部分，卷36，第5号，2005年，394-404页。[22]阿加德纳，罗梅罗，薄壁结构，“消防混凝土填充椭圆钢柱的行为”。卷49，第2期，2011，239-255页。[23]米钰，十查，和华李，“钢管混凝土框架结构抵抗火反应”结构稳定性与动力学杂志，卷10，第2期，2009，253-271页。[24]罗梅罗和阿加德纳，“偏心高强钢管混凝土柱的防火加载性能”中国结构钢的研究，卷83，2013，137–146页。[25]消防安全杂志，“钢管混凝土（CFST）柱，以钢筋混凝土梁接头，防火性能”。卷51，2012，68-84页。[26]罗梅罗和阿加德纳，“高级预测模型钢管混凝土柱的防火响应”结构钢的研究，卷66，8-9号，2010，1030-1046页。[27]“复合超薄地板结构防火行为”建筑结构学报，卷126，第7号，2000年，830-837页。[28]伯吉斯，结构钢的研究，“剪力连接件对组合钢架建筑的消防行为的影响”。卷51，第3号，1999年，219-237页。[29]沃尔德，西蒙斯达席尔瓦，列侬，圣地亚哥，贝奈斯和博尔赫斯“自然火灾下钢结构的行为实验”消防安全杂志，卷41，2006年，509-522页。[30]土木工程系，2010年开放期刊“复合混凝土梯形钢板板坯在消防行为”。[31]“钢框架结构半刚性连接在火灾下性能的影响”博士论文，谢菲尔德·琼斯，1997年。[32]ACI216.1-07/TMS-0216