強(qiáng)震損傷后混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)行為的試驗與解析一、緒論1.1研究背景與意義地震與火災(zāi)是威脅建筑結(jié)構(gòu)安全的兩大主要災(zāi)害，給人類生命財產(chǎn)帶來了巨大損失。據(jù)統(tǒng)計，全球每年因地震和火災(zāi)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億美元，無數(shù)人員傷亡。在過去幾十年中，世界各地發(fā)生了多起重大地震和火災(zāi)事件，如1995年日本阪神大地震、2008年中國汶川地震、2019年澳大利亞森林大火等，這些災(zāi)害不僅造成了大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，還對建筑結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重破壞。混凝土框架結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代建筑中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，在建筑領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位。它具有承載力高、剛度大、空間布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、高層建筑、大型公共建筑等領(lǐng)域?；炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)在地震和火災(zāi)等災(zāi)害作用下，其結(jié)構(gòu)性能會受到嚴(yán)重影響，甚至發(fā)生倒塌破壞，危及人員生命安全和財產(chǎn)安全。在地震作用下，混凝土框架結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)構(gòu)件開裂、變形、倒塌等破壞形式。地震會使結(jié)構(gòu)受到強(qiáng)烈的地面運(yùn)動作用，產(chǎn)生慣性力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受過大的內(nèi)力和變形。如果結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計不合理或施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，就容易在地震中發(fā)生破壞。例如，在一些地震中，由于框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)連接不牢固，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)裂縫和破壞，進(jìn)而引發(fā)整個結(jié)構(gòu)的倒塌?；馂?zāi)對混凝土框架結(jié)構(gòu)的影響也不容忽視?；馂?zāi)發(fā)生時，高溫會使混凝土和鋼筋的材料性能劣化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和剛度下降。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度達(dá)到一定程度時，可能會發(fā)生變形、破壞甚至倒塌?；馂?zāi)還會使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，進(jìn)一步加劇結(jié)構(gòu)的破壞。例如，在一些火災(zāi)事故中，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火保護(hù)措施不到位，導(dǎo)致構(gòu)件在火災(zāi)中迅速升溫，失去承載能力，最終引發(fā)結(jié)構(gòu)的倒塌。當(dāng)?shù)卣鸷突馂?zāi)這兩種災(zāi)害相繼發(fā)生時，混凝土框架結(jié)構(gòu)所面臨的威脅將更加嚴(yán)峻。地震后的結(jié)構(gòu)可能已經(jīng)受到不同程度的損傷，其承載能力和穩(wěn)定性降低，此時若再遭遇火災(zāi)，結(jié)構(gòu)在高溫和火災(zāi)的雙重作用下，更容易發(fā)生倒塌破壞。因此，研究經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的行為，對于提高結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)能力、保障建筑安全和人員生命財產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。通過深入研究，可以揭示震后火災(zāi)作用下混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和力學(xué)性能變化規(guī)律，為結(jié)構(gòu)的抗震和防火設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，從而提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震研究進(jìn)展混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震研究一直是土木工程領(lǐng)域的重要課題。國內(nèi)外學(xué)者在抗震設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)損傷模型、加固技術(shù)等方面取得了豐碩的成果。在抗震設(shè)計方法方面，早期主要采用基于經(jīng)驗的設(shè)計方法，如地震系數(shù)法。隨著對地震作用和結(jié)構(gòu)性能認(rèn)識的深入，逐步發(fā)展為基于反應(yīng)譜理論的設(shè)計方法，如我國現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）采用多遇地震作用下的彈性反應(yīng)譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的安全性。近年來，基于性能的抗震設(shè)計方法成為研究熱點(diǎn)，該方法允許結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)下達(dá)到不同的性能目標(biāo)，如美國的FEMA系列文件和我國的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中對性能設(shè)計的相關(guān)規(guī)定，使得抗震設(shè)計更加科學(xué)、合理。在結(jié)構(gòu)損傷模型研究方面，學(xué)者們提出了多種損傷模型來描述混凝土框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷過程。例如，Park-Ang雙參數(shù)損傷模型，綜合考慮了結(jié)構(gòu)的累積滯回耗能和最大變形對損傷的影響，能夠較為準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的損傷程度；還有基于能量的損傷模型，從能量耗散的角度來定義結(jié)構(gòu)損傷，認(rèn)為結(jié)構(gòu)在地震作用下吸收的能量是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷的根本原因。這些損傷模型為結(jié)構(gòu)的損傷評估和抗震性能分析提供了重要的理論基礎(chǔ)。在加固技術(shù)方面，常見的混凝土框架結(jié)構(gòu)加固方法有增大截面法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、粘貼鋼板加固法等。增大截面法通過增加構(gòu)件的截面尺寸和配筋，提高構(gòu)件的承載能力和剛度；粘貼纖維復(fù)合材料加固法利用纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)度和高彈性模量，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行約束和增強(qiáng)，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震性能；粘貼鋼板加固法則是通過在構(gòu)件表面粘貼鋼板，增加構(gòu)件的受力面積和剛度，達(dá)到加固的目的。此外，還有一些新型的加固技術(shù)，如采用形狀記憶合金對結(jié)構(gòu)進(jìn)行自復(fù)位加固等，也在不斷地研究和發(fā)展中。1.2.2混凝土框架結(jié)構(gòu)抗火研究進(jìn)展混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗火研究對于保障建筑在火災(zāi)中的安全具有重要意義。國內(nèi)外在抗火設(shè)計規(guī)范、高溫下材料性能、結(jié)構(gòu)耐火極限計算方法等方面開展了大量研究?？够鹪O(shè)計規(guī)范是指導(dǎo)混凝土框架結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的重要依據(jù)。國際上，如歐洲的Eurocode1和Eurocode4、美國的ASTME119等，對混凝土結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計做出了詳細(xì)規(guī)定。我國也制定了相應(yīng)的規(guī)范，如《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）和《混凝土結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》（GB51249-2017），明確了不同耐火等級建筑的構(gòu)件耐火極限要求，并給出了一些抗火設(shè)計的原則和方法。高溫下材料性能是研究混凝土框架結(jié)構(gòu)抗火性能的基礎(chǔ)?；炷猎诟邷叵?，其抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能會逐漸下降。一般來說，溫度低于300℃時，混凝土力學(xué)性能變化較??；當(dāng)溫度超過300℃后，強(qiáng)度開始明顯降低，在600℃-900℃時，混凝土內(nèi)部水分大量蒸發(fā)，骨料與水泥石之間的粘結(jié)力破壞，強(qiáng)度大幅下降。鋼筋在高溫下，屈服強(qiáng)度和彈性模量也會顯著降低，溫度越高，下降幅度越大。這些高溫下材料性能的變化規(guī)律為結(jié)構(gòu)抗火性能分析提供了關(guān)鍵參數(shù)。結(jié)構(gòu)耐火極限計算方法是抗火研究的核心內(nèi)容之一。目前常用的方法有標(biāo)準(zhǔn)升溫試驗法、基于火災(zāi)場景的性能化分析方法和數(shù)值模擬方法。標(biāo)準(zhǔn)升溫試驗法是按照標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加熱，通過試驗確定構(gòu)件的耐火極限，如ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線是國際上廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)?；诨馂?zāi)場景的性能化分析方法則是根據(jù)實際火災(zāi)場景，考慮火災(zāi)的發(fā)展、蔓延以及結(jié)構(gòu)與火災(zāi)的相互作用，通過建立數(shù)學(xué)模型來計算結(jié)構(gòu)的耐火極限。數(shù)值模擬方法利用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的溫度場分布和力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行模擬分析，能夠較為全面地考慮各種因素對結(jié)構(gòu)抗火性能的影響，近年來得到了廣泛應(yīng)用。1.2.3震后混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)行為研究進(jìn)展震后混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)行為的研究是一個新興的研究領(lǐng)域，受到了越來越多學(xué)者的關(guān)注。目前，國內(nèi)外在這方面的研究取得了一些成果，但仍存在許多不足。在試驗研究方面，部分學(xué)者開展了震后混凝土框架結(jié)構(gòu)的火災(zāi)試驗。通過對試件先進(jìn)行地震模擬加載，使其產(chǎn)生不同程度的損傷，然后進(jìn)行火災(zāi)試驗，觀察結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的破壞過程和破壞形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，震后結(jié)構(gòu)的損傷會導(dǎo)致其在火災(zāi)中的力學(xué)性能進(jìn)一步劣化，耐火極限降低。例如，地震造成的構(gòu)件裂縫會加速火災(zāi)中熱量的傳遞，使混凝土和鋼筋的溫度升高更快，從而降低結(jié)構(gòu)的承載能力。然而，目前的試驗研究大多局限于小尺寸試件，且試驗工況相對單一，難以全面反映實際結(jié)構(gòu)在震后火災(zāi)中的復(fù)雜行為。在理論分析方面，一些學(xué)者基于現(xiàn)有的抗震和抗火理論，對震后混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)行為進(jìn)行了理論研究。通過建立考慮地震損傷和火災(zāi)共同作用的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，分析結(jié)構(gòu)在不同工況下的內(nèi)力分布、變形和破壞機(jī)理。但由于地震損傷和火災(zāi)對結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理復(fù)雜，目前的理論模型還不夠完善，存在一些假設(shè)和簡化，與實際情況存在一定偏差。在數(shù)值模擬方面，利用有限元軟件對震后混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)行為進(jìn)行模擬分析也有了一定的進(jìn)展。通過在有限元模型中引入地震損傷參數(shù)和火災(zāi)升溫模型，模擬結(jié)構(gòu)在震后火災(zāi)中的響應(yīng)。然而，數(shù)值模擬中材料本構(gòu)關(guān)系的選取、損傷模型的建立以及邊界條件的設(shè)定等還存在不確定性，模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。綜上所述，現(xiàn)有研究在震后混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)行為方面取得了一定的成果，但在試驗研究的全面性、理論分析的完善性和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性等方面仍存在不足。本文將針對這些不足，開展更為深入系統(tǒng)的試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬，以揭示震后混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的行為規(guī)律，為結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)設(shè)計和評估提供更為可靠的依據(jù)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究：通過對混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震模擬試驗，使其產(chǎn)生不同程度的損傷，研究地震損傷對結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)性能的影響，如構(gòu)件的承載力、剛度、延性等。分析地震損傷后的結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下力學(xué)性能的進(jìn)一步劣化規(guī)律，對比震后結(jié)構(gòu)與未震結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的力學(xué)性能差異，明確地震損傷與火災(zāi)對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的耦合作用機(jī)制?；炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)火災(zāi)下溫度場分布研究：在火災(zāi)試驗中，利用溫度傳感器等設(shè)備，測量不同位置、不同時刻混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布情況。考慮地震損傷對結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳熱特性的影響，分析震后結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中溫度場的變化規(guī)律，研究不同火災(zāi)工況（如不同火災(zāi)升溫曲線、火災(zāi)持續(xù)時間等）下結(jié)構(gòu)溫度場的分布特征，為后續(xù)的力學(xué)性能分析和耐火極限計算提供溫度數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)損傷演化規(guī)律研究：在地震模擬試驗和火災(zāi)試驗過程中，通過觀察結(jié)構(gòu)的裂縫開展、變形等現(xiàn)象，結(jié)合應(yīng)變片、位移計等測量數(shù)據(jù)，研究震后混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的損傷演化過程。建立考慮地震損傷和火災(zāi)作用的結(jié)構(gòu)損傷模型，分析結(jié)構(gòu)損傷隨時間的發(fā)展趨勢，明確結(jié)構(gòu)在不同損傷階段的力學(xué)性能變化和破壞模式，為結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)性能評估提供理論依據(jù)?；谠囼炁c理論分析的抗火設(shè)計方法研究：根據(jù)試驗研究和理論分析的結(jié)果，提出適用于經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計方法?？紤]地震損傷對結(jié)構(gòu)抗火性能的影響，對現(xiàn)有抗火設(shè)計規(guī)范進(jìn)行補(bǔ)充和完善，給出相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計建議，為實際工程中震后混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計提供技術(shù)支持，提高結(jié)構(gòu)在震后火災(zāi)中的安全性和可靠性。1.3.2研究方法試驗研究：設(shè)計并制作混凝土框架結(jié)構(gòu)試件，對試件進(jìn)行地震模擬加載試驗，模擬不同強(qiáng)度等級的地震作用，使試件產(chǎn)生不同程度的損傷。通過控制地震波的輸入?yún)?shù)（如峰值加速度、頻譜特性等），實現(xiàn)對地震損傷程度的定量控制。對地震損傷后的試件進(jìn)行火災(zāi)試驗，采用電爐、燃?xì)鉅t等加熱設(shè)備，按照標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線（如ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線）或?qū)嶋H火災(zāi)場景設(shè)定的升溫曲線對試件進(jìn)行加熱。在試驗過程中，利用溫度傳感器、應(yīng)變片、位移計等測量儀器，實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的溫度場分布、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和變形情況，獲取結(jié)構(gòu)在地震損傷和火災(zāi)共同作用下的力學(xué)性能數(shù)據(jù)和損傷演化信息。數(shù)值模擬：利用有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS等）建立混凝土框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，考慮混凝土和鋼筋在高溫下的材料性能劣化，以及地震損傷對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。通過輸入試驗得到的溫度場數(shù)據(jù)和力學(xué)性能參數(shù)，對結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。在數(shù)值模擬中，采用合適的材料本構(gòu)模型（如混凝土的塑性損傷模型、鋼筋的熱-力學(xué)本構(gòu)模型等）和單元類型（如實體單元、梁單元等），準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。通過對比數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果，驗證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，并利用數(shù)值模型進(jìn)一步研究不同參數(shù)（如地震損傷程度、火災(zāi)工況、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸等）對結(jié)構(gòu)抗火性能的影響，為試驗研究提供補(bǔ)充和擴(kuò)展。理論分析：基于材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和傳熱學(xué)等基本理論，建立考慮地震損傷和火災(zāi)作用的混凝土框架結(jié)構(gòu)力學(xué)分析模型。分析結(jié)構(gòu)在地震損傷后的內(nèi)力重分布規(guī)律，以及火災(zāi)高溫下結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力和熱應(yīng)變。研究結(jié)構(gòu)在地震損傷和火災(zāi)共同作用下的破壞機(jī)理和承載能力計算方法，推導(dǎo)結(jié)構(gòu)的耐火極限計算公式。結(jié)合試驗研究和數(shù)值模擬結(jié)果，對理論分析模型進(jìn)行驗證和修正，完善結(jié)構(gòu)在震后火災(zāi)中的理論分析體系，揭示結(jié)構(gòu)在震后火災(zāi)中的力學(xué)性能變化和損傷演化的內(nèi)在機(jī)理。二、混凝土與鋼筋材料高溫力學(xué)性能2.1混凝土高溫力學(xué)性能2.1.1高溫下混凝土抗壓與抗拉強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度是衡量其承載能力的重要指標(biāo)之一。在高溫作用下，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律。當(dāng)溫度低于300℃時，混凝土內(nèi)部的物理化學(xué)變化相對較小，抗壓強(qiáng)度降低幅度不明顯。這是因為在這個溫度范圍內(nèi)，混凝土內(nèi)部的水分逐漸蒸發(fā)，但水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)力尚未受到嚴(yán)重破壞，C-S-H凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基本完整，Ca(OH)?結(jié)晶也較為整齊。然而，隨著溫度超過300℃，混凝土內(nèi)部的結(jié)晶水進(jìn)一步喪失，砂漿急劇收縮，而骨料繼續(xù)膨脹，材料之間的不相容性導(dǎo)致較大的內(nèi)應(yīng)力，引起內(nèi)部粘結(jié)面的開裂，微裂縫進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大。同時，不同骨料在特定溫度下會發(fā)生爆裂，如礫石在350℃左右、花崗巖（硅質(zhì)骨料）在500℃左右、石灰石和玄武巖在650℃左右爆裂，這些都對混凝土的力學(xué)性能造成顯著影響，使得抗壓強(qiáng)度大幅下降。當(dāng)溫度達(dá)到700℃及以上時，混凝土內(nèi)部幾乎完全失水，Ca(OH)?數(shù)量大幅降低且結(jié)構(gòu)不完整，C-S-H結(jié)構(gòu)也遭受嚴(yán)重破壞，抗壓強(qiáng)度接近于零，此時混凝土基本喪失承載能力。加載速率對混凝土抗壓強(qiáng)度也有重要影響。對于一定強(qiáng)度的混凝土，存在一個加載速率范圍，在該范圍內(nèi)，混凝土強(qiáng)度受加載速率的影響較為明顯，隨著加載速率的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度會增加。這是因為加載速率較快時，混凝土內(nèi)部的微裂縫來不及充分發(fā)展，材料能夠承受更大的壓力。但當(dāng)加載速率超出一定范圍后，這種影響會逐漸減弱?；炷恋目估瓘?qiáng)度相比抗壓強(qiáng)度要低很多，且在高溫下抗拉強(qiáng)度的下降更為顯著。高溫導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙擴(kuò)大，骨料與水泥漿體之間的粘結(jié)力削弱，使得混凝土抵抗拉伸的能力大幅降低。在火災(zāi)等高溫環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)往往首先由于抗拉強(qiáng)度不足而出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的整體性能和安全性。2.1.2高溫下混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系高溫下混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有與常溫下不同的特點(diǎn)。常溫下，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出典型的上升段和下降段，上升段較為陡峭，反映了混凝土在彈性階段和彈塑性階段的力學(xué)性能；下降段則體現(xiàn)了混凝土在達(dá)到峰值應(yīng)力后的破壞過程。而在高溫作用下，隨著溫度的升高，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線發(fā)生明顯變化。當(dāng)溫度較低時，應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀與常溫下較為相似，但峰值應(yīng)力和彈性模量有所降低，峰值應(yīng)變則有所增大。這表明在較低溫度下，混凝土雖然仍能保持一定的承載能力，但材料的剛度和強(qiáng)度已經(jīng)開始下降，變形能力增強(qiáng)。隨著溫度的進(jìn)一步升高，應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升段斜率逐漸減小，峰值應(yīng)力顯著降低，下降段變得更為平緩。這意味著混凝土在高溫下的力學(xué)性能劣化明顯，承載能力大幅降低，且在破壞過程中表現(xiàn)出更明顯的塑性變形特征。不同溫度下混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的變化規(guī)律與混凝土內(nèi)部的物理化學(xué)變化密切相關(guān)。在高溫作用下，混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)、骨料與水泥漿體之間的粘結(jié)破壞、微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展等因素，都導(dǎo)致了混凝土力學(xué)性能的改變，從而反映在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系上。例如，當(dāng)溫度超過300℃后，內(nèi)部微裂縫的大量發(fā)展使得混凝土的剛度降低，應(yīng)力應(yīng)變曲線上升段斜率減??；而隨著溫度繼續(xù)升高，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞導(dǎo)致峰值應(yīng)力降低，下降段更加平緩，混凝土表現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征。2.1.3高溫下混凝土彈性模量混凝土的彈性模量是反映其剛度的重要參數(shù)，對結(jié)構(gòu)的變形和受力性能有著關(guān)鍵影響。在高溫環(huán)境下，混凝土的彈性模量會隨著溫度的升高而逐漸降低。當(dāng)溫度低于300℃時，彈性模量的降低幅度相對較小，這是由于此時混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷較輕，材料仍能保持一定的剛度。然而，當(dāng)溫度超過300℃后，隨著混凝土內(nèi)部水分的大量蒸發(fā)、骨料與水泥漿體之間粘結(jié)力的破壞以及微裂縫的不斷擴(kuò)展，彈性模量急劇下降。在600℃-900℃的高溫區(qū)間，混凝土的彈性模量可下降至常溫時的50%以下，這使得混凝土結(jié)構(gòu)在高溫下的變形能力大幅增加，承載能力顯著降低。彈性模量隨溫度變化的規(guī)律對結(jié)構(gòu)性能有著重要影響。在火災(zāi)等高溫工況下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性模量降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形增大，可能引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)和破壞。例如，在混凝土框架結(jié)構(gòu)中，梁、柱等構(gòu)件的彈性模量下降會使其在荷載作用下的撓度和側(cè)移增大，當(dāng)變形超過一定限度時，結(jié)構(gòu)將無法正常工作，甚至發(fā)生倒塌。因此，準(zhǔn)確掌握高溫下混凝土彈性模量的變化規(guī)律，對于評估結(jié)構(gòu)在火災(zāi)等高溫環(huán)境下的安全性和可靠性至關(guān)重要。2.2鋼筋高溫力學(xué)性能2.2.1高溫下鋼筋抗拉強(qiáng)度鋼筋的抗拉強(qiáng)度是保證混凝土結(jié)構(gòu)承載能力和延性的關(guān)鍵因素之一。在火災(zāi)等高溫環(huán)境下，鋼筋的抗拉強(qiáng)度會發(fā)生顯著變化。當(dāng)溫度升高時，鋼筋內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，原子間的結(jié)合力減弱，導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度逐漸降低。一般來說，在常溫至300℃的溫度范圍內(nèi)，鋼筋抗拉強(qiáng)度的下降幅度相對較小。這是因為在此溫度區(qū)間內(nèi)，鋼筋內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)尚未發(fā)生明顯的改變，金屬原子的熱運(yùn)動雖然有所加劇，但還不足以對鋼筋的力學(xué)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。然而，當(dāng)溫度超過300℃后，鋼筋的抗拉強(qiáng)度開始明顯下降。隨著溫度的繼續(xù)升高，如達(dá)到600℃-900℃，鋼筋內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，位錯運(yùn)動加劇，晶界弱化，使得鋼筋的抗拉強(qiáng)度急劇降低。不同種類的鋼筋在高溫下的抗拉強(qiáng)度變化也存在一定差異。例如，普通熱軋鋼筋在高溫下的抗拉強(qiáng)度下降規(guī)律與上述一般情況相似，但一些高強(qiáng)度鋼筋或經(jīng)過特殊處理的鋼筋，由于其化學(xué)成分和微觀組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在高溫下可能具有相對較好的強(qiáng)度保持能力。研究表明，含碳量較高的鋼筋在高溫下的強(qiáng)度下降速度可能會比含碳量較低的鋼筋稍慢，這是因為碳元素在一定程度上能夠增強(qiáng)鋼筋內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，鋼筋在高溫下的抗拉強(qiáng)度還受到加載速率的影響。加載速率越快，鋼筋的抗拉強(qiáng)度越高。這是因為快速加載時，鋼筋內(nèi)部的位錯運(yùn)動來不及充分發(fā)展，材料能夠承受更大的拉力。但當(dāng)加載速率超過一定范圍后，這種影響會逐漸減小。在實際工程中，火災(zāi)發(fā)生時結(jié)構(gòu)所承受的荷載往往是動態(tài)變化的，加載速率的不同會導(dǎo)致鋼筋在高溫下的抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)不同，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的整體性能和安全性。2.2.2高溫下鋼筋彈性模量鋼筋的彈性模量反映了其在受力時抵抗變形的能力，是結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中的重要參數(shù)。在高溫環(huán)境下，鋼筋的彈性模量會發(fā)生顯著變化，這對鋼筋與混凝土協(xié)同工作性能產(chǎn)生重要影響。隨著溫度的升高，鋼筋的彈性模量逐漸降低。在常溫下，鋼筋具有較高的彈性模量，能夠有效地約束混凝土的變形，使兩者協(xié)同工作，共同承受荷載。然而，當(dāng)溫度升高時，鋼筋內(nèi)部的原子熱振動加劇，晶格畸變增大，導(dǎo)致其抵抗變形的能力下降，彈性模量隨之降低。當(dāng)溫度達(dá)到400℃-500℃時，鋼筋的彈性模量可能會下降至常溫時的50%左右，這使得鋼筋在結(jié)構(gòu)中對混凝土的約束作用減弱，結(jié)構(gòu)的變形能力增大。鋼筋彈性模量的變化會影響鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能和協(xié)同工作效果。在正常使用情況下，鋼筋與混凝土通過良好的粘結(jié)力共同工作，變形協(xié)調(diào)。但當(dāng)鋼筋彈性模量降低后，在相同荷載作用下，鋼筋的變形會大于混凝土的變形，導(dǎo)致兩者之間的粘結(jié)力受到破壞，出現(xiàn)相對滑移。這種相對滑移會進(jìn)一步削弱結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力，使結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能發(fā)生劣化。在混凝土框架結(jié)構(gòu)中，梁、柱等構(gòu)件中的鋼筋彈性模量下降，會導(dǎo)致構(gòu)件的剛度降低，在荷載作用下的變形增大。例如，在火災(zāi)作用下，梁中鋼筋彈性模量的降低可能使梁的撓度增大，當(dāng)撓度超過允許范圍時，梁可能會發(fā)生破壞，影響整個結(jié)構(gòu)的安全。因此，在研究經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)火災(zāi)行為時，必須充分考慮高溫下鋼筋彈性模量的變化及其對結(jié)構(gòu)性能的影響，以準(zhǔn)確評估結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的安全性和可靠性。三、框架強(qiáng)震損傷模擬試驗3.1試驗?zāi)康呐c內(nèi)容本試驗旨在通過模擬強(qiáng)震作用，深入研究混凝土框架結(jié)構(gòu)在地震荷載下的力學(xué)響應(yīng)和損傷特征，為后續(xù)的火災(zāi)試驗提供具有不同損傷程度的試件，從而全面揭示經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的行為規(guī)律。試驗的具體內(nèi)容和步驟如下：試件設(shè)計與制作：根據(jù)試驗要求，設(shè)計并制作混凝土框架結(jié)構(gòu)試件。試件的尺寸、配筋和材料性能等參數(shù)依據(jù)實際工程中的常見情況確定，以保證試驗結(jié)果的代表性和可靠性。在制作過程中，嚴(yán)格控制混凝土的配合比、澆筑質(zhì)量和養(yǎng)護(hù)條件，確保試件的質(zhì)量符合要求。試驗裝置與儀器布置：搭建地震模擬試驗裝置，包括反力墻、作動器、加載控制系統(tǒng)等。在試件上布置位移計、應(yīng)變片等測量儀器，用于測量結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移、應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)。位移計布置在框架的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件上，以準(zhǔn)確測量結(jié)構(gòu)的變形情況；應(yīng)變片粘貼在梁、柱等構(gòu)件的表面，用于監(jiān)測構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。地震波選取與輸入：選取合適的地震波作為輸入激勵，如EI-Centro波、Taft波等。根據(jù)試驗?zāi)康暮徒Y(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防要求，對地震波進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和縮放，使其峰值加速度、頻譜特性等參數(shù)符合試驗設(shè)定的地震強(qiáng)度等級。通過加載控制系統(tǒng)將地震波輸入到作動器，對試件進(jìn)行水平方向的加載，模擬地震作用。加載制度確定：采用位移控制的加載制度，根據(jù)結(jié)構(gòu)的屈服位移確定加載級別。在試驗過程中，逐級增加位移幅值，每級位移幅值下循環(huán)加載3次，直至結(jié)構(gòu)達(dá)到破壞狀態(tài)。通過這種加載方式，可以全面觀察結(jié)構(gòu)在不同位移幅值下的力學(xué)響應(yīng)和損傷演化過程。數(shù)據(jù)采集與記錄：在試驗過程中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時采集測量儀器的數(shù)據(jù)，記錄結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移、應(yīng)變、加速度等力學(xué)參數(shù)的變化情況。同時，觀察并記錄結(jié)構(gòu)的裂縫開展、構(gòu)件破壞等現(xiàn)象，為后續(xù)的分析提供直觀的依據(jù)。損傷評估與分析：試驗結(jié)束后，對結(jié)構(gòu)的損傷情況進(jìn)行評估和分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)的裂縫分布、構(gòu)件破壞程度等現(xiàn)象，結(jié)合測量數(shù)據(jù)，確定結(jié)構(gòu)的損傷模式和損傷程度。采用損傷指標(biāo)對結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行量化評估，如Park-Ang雙參數(shù)損傷模型等，分析地震損傷對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。3.2框架模型設(shè)計3.2.1模型尺寸與配筋本試驗共設(shè)計制作了[X]榀混凝土框架結(jié)構(gòu)試件，以滿足不同試驗工況的需求?？蚣苣Ｐ筒捎?:3的縮尺比例，這一比例的選擇綜合考慮了試驗設(shè)備的加載能力、實驗室空間限制以及相似理論的要求。在相似理論中，幾何相似比、材料相似比、荷載相似比等之間存在著嚴(yán)格的關(guān)系，通過合理設(shè)定縮尺比例，可以保證模型在力學(xué)性能和變形特征等方面與原型結(jié)構(gòu)具有相似性，從而使試驗結(jié)果能夠有效地反映原型結(jié)構(gòu)在實際地震和火災(zāi)作用下的行為?？蚣苣Ｐ偷钠矫娉叽鐬閇具體長度]×[具體寬度]，高度為[具體高度]，為單跨[X]層結(jié)構(gòu)?？蚣芰旱慕孛娉叽鐬閇梁寬]×[梁高]，框架柱的截面尺寸為[柱寬]×[柱高]。這種尺寸設(shè)計參考了實際工程中常見的混凝土框架結(jié)構(gòu)尺寸，同時考慮到縮尺比例的影響，確保模型能夠在試驗中準(zhǔn)確模擬原型結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。例如，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，在相同的荷載作用下，模型梁、柱的內(nèi)力分布和變形模式應(yīng)與原型結(jié)構(gòu)相似，通過合理設(shè)計截面尺寸，可以保證模型在試驗中的力學(xué)行為與原型結(jié)構(gòu)具有可比性。配筋方面，縱向受力鋼筋采用HRB400級鋼筋，箍筋采用HPB300級鋼筋。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合模型的受力特點(diǎn)和試驗?zāi)康?，確定了縱筋和箍筋的直徑及間距。梁端縱筋的配筋率為[X]%，跨中縱筋配筋率為[X]%，這樣的配筋設(shè)計旨在模擬實際工程中梁在不同部位的受力需求，使梁在地震作用下能夠滿足抗彎和抗剪的要求。柱縱筋的配筋率為[X]%，箍筋加密區(qū)和非加密區(qū)的間距分別為[加密區(qū)間距]和[非加密區(qū)間距]，以保證柱在承受軸力和水平地震力時具有足夠的承載能力和延性。例如，在地震作用下，柱的箍筋加密區(qū)能夠約束混凝土，提高柱的抗剪能力和變形能力，防止柱發(fā)生脆性破壞。3.2.2應(yīng)變片布置為了全面準(zhǔn)確地測量框架模型在地震作用下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，在框架的關(guān)鍵部位布置了電阻應(yīng)變片。應(yīng)變片的布置遵循一定的原則，主要布置在框架梁、柱的表面，這些部位是結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵區(qū)域，通過測量這些部位的應(yīng)變，可以了解結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力分布和變形特征。在框架梁的跨中及兩端，沿梁的縱向和橫向分別布置應(yīng)變片?？v向應(yīng)變片用于測量梁在彎矩作用下的縱向應(yīng)變，從而計算出梁的正應(yīng)力；橫向應(yīng)變片則用于測量梁在剪力作用下的橫向應(yīng)變，以分析梁的抗剪性能。在梁端，由于彎矩和剪力都較大，是結(jié)構(gòu)最容易發(fā)生破壞的部位之一，因此布置了多個應(yīng)變片，以獲取梁端復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變數(shù)據(jù)。在框架柱的柱頂、柱底及柱中部，同樣沿縱向和橫向布置應(yīng)變片。柱頂和柱底是柱與梁連接的部位，在地震作用下會承受較大的彎矩、剪力和軸力，布置應(yīng)變片可以監(jiān)測這些部位的應(yīng)力變化，評估柱的承載能力和穩(wěn)定性。柱中部的應(yīng)變片則用于測量柱在軸力和彎矩共同作用下的應(yīng)變情況，分析柱的受力性能。此外，在梁柱節(jié)點(diǎn)處也布置了應(yīng)變片。梁柱節(jié)點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，在地震作用下，節(jié)點(diǎn)處的受力復(fù)雜，容易出現(xiàn)裂縫和破壞。通過布置應(yīng)變片，可以測量節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力集中情況，研究節(jié)點(diǎn)的抗震性能和破壞機(jī)理。應(yīng)變片采用專用的粘結(jié)劑牢固地粘貼在構(gòu)件表面，確保在試驗過程中應(yīng)變片能夠準(zhǔn)確地感知構(gòu)件的變形。在粘貼應(yīng)變片之前，對構(gòu)件表面進(jìn)行了仔細(xì)的處理，去除表面的油污、銹跡等雜質(zhì)，保證粘貼質(zhì)量。同時，為了避免應(yīng)變片受到溫度變化的影響，采用了溫度補(bǔ)償片，通過合理的電路連接，消除溫度變化對測量結(jié)果的干擾，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3.3低周反復(fù)水平荷載試驗3.3.1加載設(shè)備與儀器安裝本試驗采用MTS液壓伺服作動器作為加載設(shè)備，其最大出力為[X]kN，最大位移為[X]mm，能夠滿足試驗對加載力和位移的要求。作動器通過高強(qiáng)螺栓與反力墻連接，確保加載過程中作動器的穩(wěn)定性和可靠性。反力墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受作動器施加的水平荷載。在反力墻上設(shè)置了多個加載孔，以便根據(jù)試驗需要調(diào)整作動器的位置和加載方向。為了準(zhǔn)確測量框架結(jié)構(gòu)在低周反復(fù)水平荷載作用下的位移、應(yīng)變等力學(xué)參數(shù)，在試驗中使用了多種測量儀器。位移計選用了高精度的拉線式位移計，精度為±[X]mm，分別布置在框架的梁端、柱頂和柱底等關(guān)鍵部位，用于測量結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的水平位移和豎向位移。在梁端布置位移計可以監(jiān)測梁的彎曲變形，柱頂和柱底的位移計則能反映柱的側(cè)移和轉(zhuǎn)動情況。應(yīng)變片采用電阻應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)為[X]，精度為±[X]με。根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，在梁、柱的表面沿縱向和橫向粘貼應(yīng)變片。在梁的跨中及兩端，沿縱向粘貼應(yīng)變片，以測量梁在彎矩作用下的縱向應(yīng)變；在梁的兩側(cè)，沿橫向粘貼應(yīng)變片，用于測量梁在剪力作用下的橫向應(yīng)變。在柱的柱頂、柱底及柱中部，同樣沿縱向和橫向粘貼應(yīng)變片，以監(jiān)測柱在軸力、彎矩和剪力共同作用下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。為了消除溫度變化對測量結(jié)果的影響，采用了溫度補(bǔ)償片，將溫度補(bǔ)償片粘貼在與試件相同材料且不受力的小塊材料上，并與工作應(yīng)變片處于相同的溫度環(huán)境中，通過惠斯通電橋的原理消除溫度引起的電阻變化。加速度傳感器選用壓電式加速度傳感器，靈敏度為[X]mV/g，頻率響應(yīng)范圍為[X]Hz-[X]Hz，用于測量框架在地震作用下的加速度響應(yīng)。將加速度傳感器布置在框架的頂層和底層，通過測量不同樓層的加速度，可以了解結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)特性，分析結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型等參數(shù)。3.3.2試驗加載制度試驗采用位移控制的加載制度，根據(jù)前期的理論分析和預(yù)試驗結(jié)果，確定框架結(jié)構(gòu)的屈服位移為[X]mm。加載過程分為彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。在彈性階段，加載幅值按屈服位移的0.25倍、0.5倍、0.75倍依次遞增，每個幅值下循環(huán)加載1次。這一階段主要是為了觀察結(jié)構(gòu)在彈性范圍內(nèi)的力學(xué)性能，驗證結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否滿足彈性階段的受力要求。在彈性階段，結(jié)構(gòu)的變形較小，卸載后能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)，材料處于彈性工作狀態(tài)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本符合胡克定律。進(jìn)入彈塑性階段，加載幅值按屈服位移的1倍、1.5倍、2倍、2.5倍、3倍……依次遞增，每個幅值下循環(huán)加載3次。隨著加載幅值的增加，結(jié)構(gòu)逐漸進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，構(gòu)件開始出現(xiàn)裂縫，材料的非線性行為逐漸顯現(xiàn)。在這一階段，通過多次循環(huán)加載，可以觀察結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下的滯回性能，分析結(jié)構(gòu)的耗能能力和剛度退化情況。例如，在屈服位移1倍幅值下的循環(huán)加載中，可以觀察到結(jié)構(gòu)在加載和卸載過程中的滯回曲線開始出現(xiàn)捏縮現(xiàn)象，這表明結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入彈塑性階段，存在一定的能量耗散。當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的破壞跡象，如構(gòu)件嚴(yán)重開裂、鋼筋屈服、結(jié)構(gòu)變形過大等，認(rèn)為結(jié)構(gòu)達(dá)到破壞階段，停止加載。在破壞階段，結(jié)構(gòu)的承載能力急劇下降，無法繼續(xù)承受荷載，此時記錄結(jié)構(gòu)的最終破壞形態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供依據(jù)。加載頻率為0.05Hz-0.1Hz，這一頻率范圍的選擇是考慮到實際地震作用的頻率特性以及試驗設(shè)備的性能。在這個頻率范圍內(nèi)，能夠較為真實地模擬地震作用下結(jié)構(gòu)的受力情況，同時也能保證試驗設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。加載頻率較低時，結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力響應(yīng)能夠充分發(fā)展，便于觀察和測量；但加載頻率過低會導(dǎo)致試驗時間過長，增加試驗成本和不確定性。加載頻率過高則可能使結(jié)構(gòu)的慣性力增大，與實際地震作用情況不符，影響試驗結(jié)果的可靠性。3.3.3試驗現(xiàn)象分析在試驗過程中，通過仔細(xì)觀察框架結(jié)構(gòu)的裂縫開展、構(gòu)件變形和破壞形態(tài)等現(xiàn)象，對強(qiáng)震損傷的特征和規(guī)律進(jìn)行了深入分析。當(dāng)加載幅值較小時，框架結(jié)構(gòu)處于彈性階段，未見明顯裂縫。隨著加載幅值的增加，首先在梁端底部出現(xiàn)細(xì)微的彎曲裂縫，裂縫寬度較小，長度較短，且裂縫分布較為均勻。這是因為梁端在彎矩作用下，底部受拉，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土開裂，形成彎曲裂縫。隨著荷載的進(jìn)一步增加，梁端裂縫不斷發(fā)展，向梁頂延伸，裂縫寬度也逐漸增大。同時，在梁的兩側(cè)開始出現(xiàn)斜裂縫，斜裂縫的出現(xiàn)表明梁在承受彎矩的同時，還受到了剪力的作用，當(dāng)主拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，產(chǎn)生斜裂縫。在柱上，裂縫首先出現(xiàn)在柱底和柱頂，這是由于柱底和柱頂是柱的固定端和約束端，在水平荷載作用下，彎矩和剪力較大。柱底和柱頂?shù)牧芽p主要為水平裂縫和斜裂縫，水平裂縫是由于柱在彎矩作用下受拉區(qū)混凝土開裂形成的，斜裂縫則是由于柱在彎矩和剪力共同作用下產(chǎn)生的主拉應(yīng)力導(dǎo)致的。隨著加載的進(jìn)行，柱上的裂縫逐漸增多，裂縫寬度和長度不斷增大，部分裂縫貫穿整個柱截面，柱的混凝土保護(hù)層開始剝落。在構(gòu)件變形方面，隨著加載幅值的增加，框架的水平位移和豎向位移逐漸增大。在彈性階段，位移增長較為緩慢，結(jié)構(gòu)的變形基本呈線性關(guān)系。進(jìn)入彈塑性階段后，位移增長速度加快，結(jié)構(gòu)的變形呈現(xiàn)明顯的非線性特征。梁的跨中撓度逐漸增大，柱的側(cè)移也不斷增加，且在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了殘余變形，即卸載后結(jié)構(gòu)不能恢復(fù)到初始位置。這是由于結(jié)構(gòu)在彈塑性階段，材料的非線性變形積累導(dǎo)致的，殘余變形的大小反映了結(jié)構(gòu)的損傷程度。從破壞形態(tài)來看，框架結(jié)構(gòu)最終呈現(xiàn)出梁鉸機(jī)制破壞。梁端出現(xiàn)了塑性鉸，鋼筋屈服，混凝土被壓碎，梁的承載能力大幅降低。而柱的破壞相對較輕，主要表現(xiàn)為混凝土剝落、鋼筋外露，但柱仍能保持一定的承載能力。這種破壞形態(tài)符合“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計理念，即通過控制梁端先于柱破壞，形成塑性鉸，耗散地震能量，從而保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的整體穩(wěn)定性。通過對試驗現(xiàn)象的分析，可以總結(jié)出強(qiáng)震損傷的特征和規(guī)律。裂縫的開展和分布與結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)密切相關(guān)，是結(jié)構(gòu)損傷的直觀表現(xiàn)。構(gòu)件變形的發(fā)展反映了結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能變化，從彈性變形到彈塑性變形，結(jié)構(gòu)的剛度逐漸降低，承載能力逐漸下降。破壞形態(tài)則決定了結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞模式和失效機(jī)制，對于評估結(jié)構(gòu)的抗震性能和安全性具有重要意義。四、強(qiáng)震損傷后框架火災(zāi)試驗4.1試驗?zāi)康呐c概況本試驗旨在深入探究經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的力學(xué)性能、溫度場分布以及損傷演化規(guī)律。通過對強(qiáng)震損傷后的框架試件進(jìn)行火災(zāi)試驗，獲取結(jié)構(gòu)在火災(zāi)過程中的溫度變化、變形、內(nèi)力重分布等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為后續(xù)的理論分析和數(shù)值模擬提供可靠的試驗依據(jù)。同時，對比分析未震框架與震后框架在火災(zāi)中的性能差異，揭示地震損傷對混凝土框架結(jié)構(gòu)抗火性能的影響機(jī)制，為實際工程中震后混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計和加固提供技術(shù)支持。在完成強(qiáng)震損傷模擬試驗后，選取[X]榀具有代表性的混凝土框架試件進(jìn)行火災(zāi)試驗。這些試件在強(qiáng)震損傷模擬試驗中已產(chǎn)生不同程度的損傷，包括構(gòu)件裂縫開展、鋼筋屈服等，能夠較好地模擬實際地震后混凝土框架結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)。試驗前，對試件的損傷情況進(jìn)行詳細(xì)檢查和記錄，包括裂縫的位置、寬度、長度，以及構(gòu)件的變形情況等。為了確保試驗的順利進(jìn)行，對試驗場地進(jìn)行了精心布置。在試驗區(qū)域設(shè)置了防火圍擋，防止火災(zāi)蔓延，保障試驗人員和設(shè)備的安全。準(zhǔn)備了充足的滅火器材，如滅火器、消防水帶等，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的火災(zāi)事故。同時，對試驗設(shè)備進(jìn)行了調(diào)試和檢查，確保溫度加載系統(tǒng)、測量儀器等設(shè)備的正常運(yùn)行。在試件安裝方面，將試件牢固地固定在試驗臺座上，保證在火災(zāi)試驗過程中試件的穩(wěn)定性。根據(jù)試驗方案，在試件上布置了各類測量儀器，包括溫度傳感器、位移計、應(yīng)變片等。溫度傳感器用于測量試件在火災(zāi)過程中的溫度分布，位移計用于監(jiān)測試件的變形情況，應(yīng)變片則用于測量構(gòu)件的應(yīng)力變化。在布置測量儀器時，充分考慮了結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和可能出現(xiàn)的溫度場分布情況，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。此外，還對試驗過程中的數(shù)據(jù)采集和記錄工作進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃。確定了數(shù)據(jù)采集的時間間隔、采集方式以及數(shù)據(jù)存儲格式等，以保證能夠全面、準(zhǔn)確地記錄試驗過程中的各種數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供充分的數(shù)據(jù)支持。4.2火災(zāi)試驗系統(tǒng)與加載制度4.2.1火災(zāi)試驗系統(tǒng)火災(zāi)試驗系統(tǒng)主要由加熱設(shè)備、溫度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成，各部分協(xié)同工作，以實現(xiàn)對混凝土框架試件在火災(zāi)作用下的性能測試。加熱設(shè)備采用燃?xì)饧訜釥t，它能夠提供穩(wěn)定且高溫的火源，模擬真實火災(zāi)場景中的高溫環(huán)境。燃?xì)饧訜釥t的燃燒器采用先進(jìn)的設(shè)計，可精確控制燃?xì)馀c空氣的混合比例，從而實現(xiàn)對加熱功率的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，確保試件在試驗過程中能夠按照設(shè)定的升溫曲線進(jìn)行升溫。加熱爐的爐膛尺寸經(jīng)過精心設(shè)計，能夠完全容納混凝土框架試件，并且保證試件周圍的溫度分布均勻。爐膛內(nèi)部采用耐高溫、隔熱性能良好的材料進(jìn)行內(nèi)襯，減少熱量散失，提高加熱效率。溫度控制系統(tǒng)是確保試驗按照預(yù)定溫度條件進(jìn)行的關(guān)鍵部分。該系統(tǒng)采用智能溫控儀，通過熱電偶實時測量試件表面和內(nèi)部的溫度，并將測量值反饋給溫控儀。溫控儀將實際測量溫度與預(yù)設(shè)的升溫曲線進(jìn)行對比，根據(jù)偏差自動調(diào)節(jié)燃?xì)饧訜釥t的燃燒功率，從而實現(xiàn)對試件溫度的精確控制。例如，當(dāng)實際溫度低于預(yù)設(shè)升溫曲線時，溫控儀會增加燃?xì)饬髁?，提高加熱功率；反之，?dāng)實際溫度高于預(yù)設(shè)值時，溫控儀會減少燃?xì)饬髁?，降低加熱功率。?shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集試驗過程中的各種數(shù)據(jù)，包括溫度、應(yīng)變、位移等。溫度數(shù)據(jù)通過布置在試件不同位置的熱電偶進(jìn)行采集，熱電偶具有高精度、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確測量試件在火災(zāi)過程中的溫度變化。應(yīng)變數(shù)據(jù)由粘貼在試件表面的應(yīng)變片采集，應(yīng)變片能夠?qū)崟r監(jiān)測構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。位移數(shù)據(jù)則通過位移計進(jìn)行測量，位移計安裝在試件的關(guān)鍵部位，如梁端、柱頂?shù)?，用于監(jiān)測試件在火災(zāi)作用下的變形情況。所有的數(shù)據(jù)采集設(shè)備均通過數(shù)據(jù)采集卡與計算機(jī)相連，計算機(jī)利用專業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集、存儲和處理，方便后續(xù)的分析。4.2.2試驗加載制度試驗加載制度包括升溫曲線、加載時間、軸向壓力等參數(shù)的設(shè)定，這些參數(shù)的合理設(shè)置對于準(zhǔn)確研究經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的行為至關(guān)重要。升溫曲線采用ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，該曲線是國際上廣泛采用的用于模擬火災(zāi)升溫過程的標(biāo)準(zhǔn)曲線。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：T=T_0+345\log_{10}(8t+1)，其中T為時間t（單位：min）時的溫度，T_0為初始環(huán)境溫度，一般取20^{\circ}C。按照此升溫曲線，在火災(zāi)發(fā)生后的10min內(nèi)，溫度可迅速升高到約500℃，30min時達(dá)到約840℃，60min時達(dá)到約1050℃。這種升溫曲線能夠較好地模擬實際火災(zāi)中溫度快速上升的特點(diǎn)。加載時間從試驗開始至試件達(dá)到破壞狀態(tài)或試驗結(jié)束為止。在整個加載過程中，持續(xù)監(jiān)測試件的溫度、變形和應(yīng)力應(yīng)變等參數(shù)。加載初期，主要關(guān)注試件在溫度逐漸升高過程中的彈性階段響應(yīng)；隨著溫度升高，試件進(jìn)入彈塑性階段，此時重點(diǎn)觀察試件的裂縫開展、變形加速等現(xiàn)象；當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的破壞跡象，如構(gòu)件嚴(yán)重開裂、倒塌等，停止加載，記錄此時的時間和相關(guān)數(shù)據(jù)。軸向壓力根據(jù)實際工程中混凝土框架柱所承受的軸壓比進(jìn)行設(shè)定。在試驗前，通過計算確定合適的軸向壓力值，并采用液壓千斤頂對試件施加軸向壓力。在試驗過程中，保持軸向壓力恒定，以模擬實際結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下所承受的豎向荷載。例如，對于軸壓比為0.3的框架柱，根據(jù)柱的截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等級，計算出所需施加的軸向壓力為[X]kN，在試驗中利用液壓千斤頂穩(wěn)定地施加該軸向壓力。通過合理設(shè)計火災(zāi)試驗系統(tǒng)和加載制度，能夠較為真實地模擬經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下的受力和變形情況，為深入研究結(jié)構(gòu)的火災(zāi)行為提供可靠的試驗條件。4.3火災(zāi)試驗分析4.3.1試驗現(xiàn)象觀察與分析在火災(zāi)試驗過程中，對經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)的試驗現(xiàn)象進(jìn)行了細(xì)致觀察。試件表面首先出現(xiàn)顏色變化，隨著溫度升高，混凝土表面逐漸由原本的灰色變?yōu)闇\黃色、淺紅色，最終在高溫作用下呈現(xiàn)出紅褐色。這是由于混凝土中的水泥石、骨料等成分在高溫下發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，水泥石中的氫氧化鈣分解，骨料中的礦物質(zhì)發(fā)生相變等，導(dǎo)致顏色改變。顏色變化的程度和范圍與溫度分布密切相關(guān)，溫度越高的區(qū)域，顏色變化越明顯。裂縫發(fā)展是試驗中另一個重要現(xiàn)象。強(qiáng)震損傷后的框架在火災(zāi)前已存在一定數(shù)量和寬度的裂縫。在火災(zāi)升溫階段，原有裂縫迅速擴(kuò)展，寬度和長度不斷增加。這是因為火災(zāi)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度急劇升高，混凝土發(fā)生熱膨脹，而骨料與水泥漿體的熱膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力，使得原有裂縫進(jìn)一步張開。同時，在遠(yuǎn)離原有裂縫的部位，新的裂縫也開始出現(xiàn)。這些新裂縫的產(chǎn)生主要是由于高溫作用下混凝土內(nèi)部水分快速蒸發(fā)，形成蒸汽壓力，當(dāng)蒸汽壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生新的裂縫。新裂縫的分布相對較為分散，方向也較為雜亂，與原有裂縫相互交織，形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)?；炷羷兟湟彩腔馂?zāi)試驗中常見的破壞現(xiàn)象。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時，混凝土表面的保護(hù)層開始剝落。這是因為混凝土在高溫下，內(nèi)部水分蒸發(fā)形成的蒸汽無法及時排出，積聚在混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部壓力增大，當(dāng)壓力超過混凝土保護(hù)層與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粘結(jié)力時，保護(hù)層就會剝落?；炷羷兟渫ǔ臉?gòu)件的表面開始，逐漸向內(nèi)部發(fā)展，剝落的混凝土塊大小不一，形狀不規(guī)則。在梁、柱等構(gòu)件的邊角部位，由于散熱較快，溫度梯度較大，混凝土剝落現(xiàn)象更為明顯。強(qiáng)震損傷對框架火災(zāi)行為有著顯著影響。地震造成的損傷使框架結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力下降，在火災(zāi)作用下，結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)一步劣化。例如，地震導(dǎo)致的裂縫為火災(zāi)中熱量的傳遞提供了通道，加速了混凝土和鋼筋的溫度升高，使得結(jié)構(gòu)的材料性能更快地下降。同時，地震損傷削弱了構(gòu)件之間的連接，降低了結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力，在火災(zāi)高溫和荷載作用下，結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生局部破壞和整體倒塌。對比未震框架，震后框架在火災(zāi)中的裂縫發(fā)展更迅速，混凝土剝落更嚴(yán)重，耐火極限更低，充分體現(xiàn)了強(qiáng)震損傷對框架火災(zāi)行為的不利影響。4.3.2框架截面溫升曲線在火災(zāi)試驗中，通過布置在框架不同部位的溫度傳感器，獲取了框架截面的溫升數(shù)據(jù)，并繪制了溫升曲線。以框架柱為例，其截面不同位置的溫升曲線呈現(xiàn)出明顯的差異。柱表面的溫度上升速度較快，在火災(zāi)初期，隨著時間的推移，溫度迅速升高，在較短時間內(nèi)即可達(dá)到較高溫度。這是因為柱表面直接與高溫火焰接觸，熱量通過熱傳導(dǎo)和對流的方式快速傳遞到柱表面。而柱內(nèi)部的溫度上升相對較慢，這是由于混凝土的導(dǎo)熱性能較差，熱量從表面向內(nèi)部傳遞需要一定的時間。在火災(zāi)持續(xù)一段時間后，柱內(nèi)部溫度才開始明顯上升，但仍低于柱表面溫度。在同一截面上，從柱表面到柱內(nèi)部，存在著明顯的溫度梯度，這種溫度梯度會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，對柱的力學(xué)性能產(chǎn)生重要影響?？蚣芰旱慕孛鏈厣€也具有類似的特征。梁底面由于直接受熱，溫度上升最快，是整個梁截面中溫度最高的部位。梁側(cè)面和頂面的溫度上升速度相對較慢，溫度也低于梁底面。隨著火災(zāi)時間的延長，梁不同部位的溫度差逐漸減小，但在整個火災(zāi)過程中，梁底面始終保持較高的溫度。梁截面的溫度分布不均勻，使得梁在火災(zāi)中產(chǎn)生不均勻的膨脹和變形，從而導(dǎo)致梁內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。強(qiáng)震損傷對溫度場分布也有影響。地震損傷產(chǎn)生的裂縫和混凝土剝落等缺陷，改變了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳熱路徑和熱阻。裂縫的存在使得熱量能夠更快速地傳遞到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致震后框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度上升速度比未震框架更快，溫度場分布也更加不均勻。例如，在有裂縫的部位，熱量可以沿著裂縫迅速擴(kuò)散，使得裂縫周圍區(qū)域的溫度明顯高于其他部位。混凝土剝落部位則由于失去了部分混凝土的保護(hù)，直接暴露在高溫環(huán)境中，溫度急劇升高，進(jìn)一步加劇了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度不均勻性。這種溫度場分布的變化，會對結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和損傷演化產(chǎn)生重要影響，使得震后框架在火災(zāi)中的行為更加復(fù)雜。4.3.3框架柱軸向位移測量在火災(zāi)試驗過程中，利用位移計對框架柱的軸向位移進(jìn)行了實時測量，以研究框架柱在火災(zāi)中的軸向變形情況。隨著火災(zāi)的發(fā)展，框架柱的軸向位移逐漸增大。在火災(zāi)初期，由于溫度較低，混凝土和鋼筋的力學(xué)性能下降不明顯，框架柱主要承受豎向荷載和火災(zāi)產(chǎn)生的較小的溫度應(yīng)力，軸向位移增長較為緩慢。隨著溫度的升高，混凝土和鋼筋的材料性能劣化，框架柱的抗壓強(qiáng)度和彈性模量降低，在豎向荷載和溫度應(yīng)力的共同作用下，軸向位移增長速度加快。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時，框架柱內(nèi)部的混凝土可能出現(xiàn)局部破壞，鋼筋屈服，導(dǎo)致軸向位移急劇增大，結(jié)構(gòu)面臨倒塌的危險。通過對測量數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)震損傷對框架柱軸向變形有著顯著影響。震后框架柱的初始損傷使得其在火災(zāi)中的軸向變形比未震框架柱更大。地震造成的混凝土開裂、鋼筋屈服等損傷，削弱了框架柱的承載能力和剛度，在火災(zāi)高溫作用下，柱更容易發(fā)生變形。例如，地震導(dǎo)致的柱底裂縫，在火災(zāi)中會進(jìn)一步擴(kuò)展，使得柱底的約束條件改變，柱的軸向變形增大。同時，地震損傷還會導(dǎo)致框架柱內(nèi)部的應(yīng)力重分布，使得柱在火災(zāi)中的受力更加復(fù)雜，進(jìn)一步加劇了軸向變形。在不同的火災(zāi)工況下，框架柱的軸向位移變化也有所不同?；馂?zāi)升溫速度越快，框架柱的軸向位移增長越快。這是因為快速升溫會使混凝土和鋼筋的材料性能迅速劣化，結(jié)構(gòu)來不及調(diào)整應(yīng)力分布，導(dǎo)致變形快速發(fā)展?；馂?zāi)持續(xù)時間越長，框架柱的軸向位移也越大，因為長時間的高溫作用會使結(jié)構(gòu)的損傷不斷積累，最終導(dǎo)致軸向變形不斷增大。通過對框架柱軸向位移的測量和分析，可以了解框架柱在火災(zāi)中的力學(xué)性能變化和破壞過程，為評估經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的安全性提供重要依據(jù)。五、框架截面高溫承載力計算5.1截面溫度場確定準(zhǔn)確確定框架截面溫度場是計算其高溫承載力的關(guān)鍵前提，這一過程可綜合運(yùn)用理論計算、數(shù)值模擬和試驗測量等多種手段。在理論計算方面，基于傳熱學(xué)基本原理，針對標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)下的矩形截面普通混凝土構(gòu)件，如梁、柱等，可依據(jù)不同受火邊界形成的一維、二維傳熱計算分區(qū)來確定截面溫度。以一維傳熱計算分區(qū)為例，其內(nèi)部任意位置溫度可由公式T=T_F\eta'_z確定，其中T為計算位置處溫度，T_F為受火的混凝土表面溫度，\eta'_z為修正后的沿z軸方向的一維熱量傳遞系數(shù)，該系數(shù)與沿z軸方向的一維熱量傳遞系數(shù)\eta_z、受火時間t以及沿z軸方向計算位置至最近受火表面的距離d_z等參數(shù)相關(guān)，通過一系列公式\eta'_z=1.020-0.971[1+exp(-\eta_z/0.195)]，\eta_z=1.5z-0.151ln(d_z/60t)-0.730，T_F=1185[1-0.443exp(-0.007t)-0.564exp(-0.050t)]+T_0（T_0為環(huán)境初始溫度）進(jìn)行計算。對于二維傳熱計算分區(qū)，內(nèi)部任意位置溫度則由公式T=T_F\eta_y\eta_z確定。這種理論計算方法能夠較為準(zhǔn)確地描述在標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下混凝土構(gòu)件截面溫度的分布情況，但實際火災(zāi)場景往往復(fù)雜多變，理論計算存在一定局限性。數(shù)值模擬方法利用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，對框架結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的溫度場進(jìn)行模擬分析。在模擬過程中，將框架結(jié)構(gòu)離散為有限個單元，考慮混凝土和鋼筋的熱物理性能參數(shù)隨溫度的變化，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等，以及結(jié)構(gòu)的幾何形狀、邊界條件和火災(zāi)升溫曲線等因素，通過求解熱傳導(dǎo)方程來得到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布。例如，在ANSYS軟件中，可選用合適的熱單元類型，如SOLID70單元來模擬混凝土實體，設(shè)定材料的熱參數(shù)，并施加火災(zāi)升溫邊界條件，從而計算出結(jié)構(gòu)在不同時刻的溫度場分布。數(shù)值模擬方法能夠考慮多種復(fù)雜因素，可對不同火災(zāi)場景和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析，具有較強(qiáng)的通用性和靈活性，但模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于模型的合理性和參數(shù)的選取。試驗測量則是確定框架截面溫度場的直接手段。在火災(zāi)試驗中，通過在框架結(jié)構(gòu)的不同部位布置熱電偶等溫度傳感器，直接測量結(jié)構(gòu)在火災(zāi)過程中的溫度變化。溫度傳感器的布置應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和溫度分布的不均勻性，在關(guān)鍵部位，如梁的跨中、兩端，柱的柱頂、柱底和中部等位置布置傳感器，以獲取全面準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)。例如，在經(jīng)歷強(qiáng)震損傷的混凝土框架火災(zāi)試驗中，在框架柱的表面和內(nèi)部不同深度處布置熱電偶，實時測量柱在火災(zāi)中的溫度，從而得到柱截面的溫度分布情況。試驗測量能夠真實反映結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的溫度場分布，但試驗成本較高，且受到試驗條件的限制，難以全面涵蓋各種復(fù)雜工況?？蚣芙孛鏈囟葓龇植际艿蕉喾N因素的影響?；馂?zāi)的溫度時間過程是首要因素，不同的火災(zāi)升溫曲線，如ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線、自然火災(zāi)升溫曲線等，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度場分布的顯著差異。ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線升溫速度較快，在短時間內(nèi)即可使結(jié)構(gòu)達(dá)到較高溫度，而自然火災(zāi)升溫曲線則受到火災(zāi)發(fā)生的環(huán)境、可燃物種類和數(shù)量等因素影響，升溫過程更為復(fù)雜多變。構(gòu)件的形狀、尺寸和混凝土材料的熱工性能也對溫度場分布起著重要作用。構(gòu)件的形狀決定了其受熱面積和散熱條件，例如，柱的四面受火與梁的三面受火，其溫度場分布會有明顯不同。尺寸較大的構(gòu)件，由于熱量傳遞距離較長，內(nèi)部溫度梯度相對較大；而尺寸較小的構(gòu)件，溫度分布相對較為均勻?；炷敛牧系臒峁ば阅?，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等，影響著熱量在混凝土內(nèi)部的傳遞速度和分布情況。導(dǎo)熱系數(shù)大的混凝土，熱量傳遞較快，溫度場分布相對均勻；比熱容大的混凝土，則在吸收相同熱量時溫度升高較慢。此外，強(qiáng)震損傷對框架截面溫度場分布也有顯著影響。地震造成的裂縫、混凝土剝落等損傷改變了結(jié)構(gòu)的傳熱路徑和熱阻。裂縫為熱量傳遞提供了通道，使熱量能夠更快速地傳遞到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致裂縫周圍區(qū)域溫度升高，溫度場分布更加不均勻。混凝土剝落部位直接暴露在高溫環(huán)境中，溫度急劇上升，進(jìn)一步加劇了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度不均勻性。5.2截面承載力計算在明確框架截面溫度場后，基于高溫下混凝土和鋼筋的力學(xué)性能，采用合適的計算方法來確定框架截面在火災(zāi)作用下的承載力，并深入分析強(qiáng)震損傷對其產(chǎn)生的影響。混凝土在高溫下，其抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能會發(fā)生顯著變化。當(dāng)溫度低于300℃時，抗壓強(qiáng)度降低幅度較小；隨著溫度超過300℃，抗壓強(qiáng)度因內(nèi)部結(jié)晶水喪失、微裂縫發(fā)展、骨料爆裂等因素而大幅下降，700℃及以上時基本喪失承載能力。加載速率也會影響混凝土抗壓強(qiáng)度，在一定范圍內(nèi)，加載速率增加，抗壓強(qiáng)度增加?；炷恋目估瓘?qiáng)度在高溫下下降更為顯著，高溫導(dǎo)致內(nèi)部孔隙擴(kuò)大、粘結(jié)力削弱，使其抵抗拉伸能力大幅降低。高溫下混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也與常溫不同，隨著溫度升高，應(yīng)力應(yīng)變曲線的峰值應(yīng)力降低、彈性模量減小、峰值應(yīng)變增大，下降段更平緩，反映出材料剛度和強(qiáng)度下降，塑性變形能力增強(qiáng)。鋼筋在高溫下，抗拉強(qiáng)度和彈性模量同樣會降低。當(dāng)溫度升高時，鋼筋內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)變化，原子間結(jié)合力減弱，抗拉強(qiáng)度逐漸降低。在常溫至300℃范圍內(nèi)，下降幅度較??；超過300℃后，下降明顯，600℃-900℃時急劇降低。不同種類鋼筋在高溫下抗拉強(qiáng)度變化存在差異，加載速率也會對其產(chǎn)生影響，加載速率越快，抗拉強(qiáng)度越高。鋼筋的彈性模量隨著溫度升高而逐漸降低，當(dāng)溫度達(dá)到400℃-500℃時，可能下降至常溫的50%左右，這會影響鋼筋與混凝土的協(xié)同工作性能，導(dǎo)致兩者之間粘結(jié)力破壞，結(jié)構(gòu)變形能力增大。對于框架截面在火災(zāi)作用下的承載力計算，可采用極限平衡法。以矩形截面鋼筋混凝土梁為例，在計算正截面受彎承載力時，根據(jù)平截面假定，即截面在受力后仍保持平面，受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力分布可簡化為等效矩形應(yīng)力圖。設(shè)混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值為f_{cT}（考慮高溫影響后的抗壓強(qiáng)度），鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為f_{yT}（考慮高溫影響后的抗拉強(qiáng)度），受壓區(qū)高度為x，截面寬度為b，有效高度為h_0，受拉鋼筋截面面積為A_s。根據(jù)力的平衡條件，可得f_{cT}bx=f_{yT}A_s。正截面受彎承載力M的計算公式為M=f_{yT}A_s(h_0-\frac{x}{2})。通過聯(lián)立上述方程，可求解出受壓區(qū)高度x，進(jìn)而計算出正截