课题基金 / 基金详情

钢-混凝土组合连续弯箱梁耐火性能研究

批准号:
52078043
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张岗
依托单位:
学科分类:
结构工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张岗

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
火灾一直是困扰钢结构桥梁建设的世界性难题,与我国日益增长的钢结构桥梁建设重大需求相比,钢结构桥梁火灾防控研究严重滞后,因此,钢结构桥梁抗火是工程结构抗火防灾研究领域的前沿课题之一。项目拟通过开展理论分析、实桥采样、模型试验和建立极限平衡状态增量非线性迭代法相结合的研究方法,研究钢-混凝土组合连续弯箱梁薄壁空腔内部具有复杂截面配置的传热机制,建立钢-混凝土组合连续弯箱梁薄壁空腔截面升温理论;深入探索碳氢火灾下钢-混凝土组合连续弯箱梁支承的损伤机理,建立复杂高温状态下结构多维传热时的支承条件衰变计算模型;分析火灾参数(受火长度和受火位置)与支承条件、结构参数(跨径布置、平弯曲率、负弯矩区混凝土顶板预应力钢束配束率和截面配置)、荷载参数(荷载水平和荷载位置)对钢-混凝土组合连续弯箱梁破坏模式的耦合影响规律,研究高温和弯-扭-剪荷载耦合作用下钢-混凝土组合连续弯箱梁的力学行为演化过程,深入揭示其破坏机理;建立碳氢火灾下以多损伤极限(支承条件、梁端位移、钢板屈曲、挠度、挠变率和承载能力)为综合控制目标的钢-混凝土组合连续弯箱梁的破坏准则,获悉耐火性能变化规律,提出钢-混凝土组合连续弯箱梁的耐火极限计算方法和抗火设计方法。研究结果可提升我国钢结构桥梁抗火防灾的理论水平,有效解决钢结构桥梁遭遇复杂火灾环境时的“急、棘、险、难”的工程技术难题。
英文摘要
Fire has always been a worldwide problem that has plagued the construction of steel structural bridge girders. Compared with the growing demand of steel structural bridge girders in China, the research on fire prevention and control of steel structural bridge girders has lagged behind. Therefore, research on fire resistance of steel structural bridge girders is one of the frontier topics in the field of fire resistance and disaster prevention of engineering structures. Heat transfer mechanism inside steel-concrete continuous curved box bridge girders with complex sectional configuration is to be studied based on theory analysis, data collection in actual bridge, model test and limit equilibrium state incremental nonlinear iterative method. Subsequently, the temperature-rise theory in thin-walled cave section of steel-concrete continuous curved box bridge girders is to be presented. The damage mechanism of bearing under hydrocarbon fire exposure conditions is to be explored, and also the decay calculation model of bearing conditions, under complex high temperature status and structural multi-dimensional heat transfer, is to be proposed. The destruction model of steel-concrete continuous curved box bridge girders is to be analyzed taking into consideration fire parameters (fire exposure length and fire exposure position), bearing conditions, structural parameters (span distribution, ratio of curvature, ratio of prestressing strands in concrete slab in negative moment zone, sectional configuration) and load parameters (load level and load position). The mechanical behavior evolution procedure of steel-concrete continuous curved box bridge girders under coupled effect of high temperature and bending-torsional-shear is to be studied, and also the destruction mechanism is to be revealed. The failure criterion of steel-concrete continuous curved box bridge girders is to be established taking into consideration multi-damage limit namely; bearing, displacement at end of girder, steel buckling, deflection, ratio of deflection and bearing capacity in bridge girders. The law of change in fire resistance is to be obtained. Calculating methods of fire resistance and fire-resistant design methods of steel-concrete continuous curved box bridge girders are to be proposed. The researches can highly improve the theory level of fire resistance and hazard prevention in steel structural bridge girders, and effectively solve the “urgent, thorny, dangerous and difficult” engineering technical problems when steel structural bridge girders encounter complex fire environment.
钢-混凝土组合连续弯箱梁(简称组合弯箱梁)遭遇桥梁火灾时易发生扭转倾覆甚至连续垮塌。项目针对组合弯箱梁的耐火性能及提升方法,采用实桥调研、理论分析、模型试验与数值模拟相结合的分析方法,对组合弯箱梁的耐火机制进行了全面研究。提出了考虑实桥支承特征实现组合弯箱梁弯扭耦合效应的耐火试验方法,开展了弯扭耦合作用下组合弯箱梁的火灾全过程试验,构建了火灾下组合弯箱梁大变形理论与分析方法,揭示了其高温响应规律及破坏机理,分析了耐火性能影响因素,提出了耐火性能提升方法。主要研究内容如下:.(1)提出了实现组合弯箱梁弯扭耦合效应的耐火试验方法,开展了弯扭耦合复杂受力状态下组合弯箱梁的耐火试验研究,获悉其截面温度分布与弯扭耦合状态下的高温力学行为及破坏模式。分析了钢顶板对于组合弯箱梁的传热模式和力学行为的影响,纵向加劲肋的增强作用以及荷载撤离效应。.(2)开展了不同受火模式下考虑实桥支承特征的连续组合弯箱梁耐火试验研究,考虑弯扭耦合受力和橡胶支座的高温性能退化,结合单跨受火和中支点受火,研究了组合连续弯箱梁的火灾响应及破坏模式。.(3)基于受均布荷载的组合弯箱梁,结合最小势能原理推导了组合弯箱梁在温度作用下的挠曲线与扭角方程,并根据其弹性状态下的变形函数,结合假定给出了组合弯箱梁在高温大变形状态下的变形函数。.(4)以边跨、中跨和中支点作为受火场景,研究了组合弯箱梁的升温传热过程和截面温度分布,以及主梁的位移、支座反力、内力分布、承载能力等变化规律,揭示了组合连续弯箱梁在不同火灾场景下的力学行为与破坏机理。.(5)考虑火灾参数(火灾强度、受火长度)、荷载参数(荷载比、荷载撤离、荷载布置)、结构参数(纵向加劲肋、曲率半径、反弯形态)、支承条件(支座布置方式)等参数,研究了火灾下组合连续弯箱梁的高温响应与耐火性能。.(6)提出了考虑火场分布、荷载撤离等主被动联合作用的组合弯箱梁耐火性能提升方法。
钢桁-混凝土组合梁火灾损毁机理及抗火性能研究
  • 批准号:
    52378476
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    张岗
  • 依托单位:
钢-混凝土组合连续弯箱梁耐火性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    张岗
  • 依托单位:
HC火灾下考虑支座高温性能退化影响的PC薄腹梁垮塌机理及抗火设计方法研究
  • 批准号:
    51878057
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    张岗
  • 依托单位:
火灾下混凝土桥梁有效预应力衰变机理与承载能力分析方法研究
  • 批准号:
    51308056
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    张岗
  • 依托单位:
国内基金
海外基金