[发明专利]一种高温后预应力混凝土受弯构件剩余承载力简化计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种实用而简便的高温后预应力混凝土受弯构件剩余承载力的计算方法。

背景技术

在钢筋混凝土构件中，由于遭受火灾后其混凝土和钢筋力学性能发生变化，会导致构件产生变形加大、局部混凝土压碎甚至受拉钢筋拉断等严重损害和破坏。而预应力混凝土扁梁作为重要的承重构件，在火灾时受火面较大，产生损伤也较大。

在实际工程中，高温后预应力钢筋混凝土受弯构件的剩余承载能力是鉴定其受损程度的重要指标，也是广大工程人员最为关心的重要内容。在掌握钢筋和混凝土材料的高温后力学性能的基础上，可以通过编制较高精度的非线性有限元程序对其进行计算，但显然这一计算过程比较复杂，不便于推广和应用。

发明内容

本发明提供了一种实用而简便的高温后预应力混凝土受弯构件剩余承载力简化计算方法。

一种实用而简便的高温后预应力混凝土受弯构件剩余承载力简化计算方法，包括：高温后矩形截面预应力混凝土受弯构件的剩余极限承载力的计算。

其极限应力状态时的结构计算简图如图1所示。

无粘结预应力混凝土构件在破坏的临界状态时，一般无粘结预应力筋达不到屈服强度，故可将其极限应力修正为，其中为修正系数，按经验取为0.65~0.75。

由平衡条件，可得：

其中，为截面上混凝土受压区计算高度；其余参数含义同前所述。

由上式可以解得：

由弯矩平衡条件，可得：

其中，为高温后预应力混凝土受弯构件剩余最大承载弯矩。

与常温情况类似，为了防止超筋破坏，可以对混凝土受压区高度进行控制，即应满足：

其中，为构件的界限相对受压区高度，与常温情况相同，按规范取值。

当时，取为。

采用以下两式计算时

没有考虑高温时施加恒载的影响，本文引入荷载损伤因子将其修正为

其中荷载损伤因子按照下式计算：

其中，为高温时构件上施加的恒载，为常温时构件的极限承载力，为修正系数，取为1.2~1.4。

最后，高温后预应力混凝土受弯构件剩余最大承载弯矩的计算表达式为：

附图说明

图1 高温后矩形截面受弯构件极限弯矩计算示意图。

图2 火灾温度与构件截面B1的损坏层厚度的关系。

图3 火灾温度与构件截面B2的损伤层厚度的关系。

图4 构件截面烧损层示意图。

图5 高温后混凝土的简化设计强度。

图6 高温后普通钢筋的简化设计强度。

图7 高温后预应力钢绞线的简化设计强度。

具体实施方式

由于距离构件各部位受火面远近不同，其受热程度有所不同，则其受高温损伤的情况也有不同。

截面最外层由于直接受热而受损最为严重，随着截面高度位置的增加，混凝土受火温度逐渐降低，则其损伤程度也逐渐减小。

在进行构件灾后承载能力计算时，可根据受损程度将构件截面由受火面到内分为三层：（1）截面损坏层；（2）截面损伤层；（3）截面未受损层。

混凝土在温度达到800℃时抗压强度接近为零，600℃时为原强度的40%左右，但这时混凝土材质劣化严重，将极大降低构件的承载能力。

因此计算时假定当混凝土温度时其抗压强度为0，并加以简化得到火灾温度与截面损坏层厚度B1的取值关系如图2所示。

其计算表达式如下所示。

由于混凝土在温度小于300℃时强度损失不大，因此假定的截面损伤层厚度是指混凝土的温度为范围内的混凝土厚度，火灾温度与截面损伤层厚度B2之间的关系如图3所示。

其计算表达式如下所示。

当时假定混凝土未受损伤。构件截面烧损层示意图如图4所示。

高温后混凝土的抗压设计强度简化为图5所示的模型。

当混凝土的温度小于300℃时，其强度取为与常温抗压强度；在温度为300℃~600℃范围时，混凝土的抗压强度折减为常温的一半；当温度高于600℃时，其强度折减为零。

其计算表达式如下所示。

计算时忽略混凝土的受拉作用。

高温后普通钢筋的设计强度简化为图6所示的模型。