第 1 章 绪 论
1.1 引言
火的使用对人类来说有着极其重要的意义，标志着人类文明的发展，是人类发展史上的重要一环。但是火在使用过程中又具有危险的一面，如果使用不当，它能轻易的吞噬掉我们发展成果甚至生命。自工业革命以来由于人类社会的迅猛发展，以钢筋混凝土为主要建筑材料的工业、民用、交通建筑物快速崛起，而对这些钢筋混凝土组成的建筑物和构筑物造成威胁的因素中，火灾首当其冲。随着我国上世纪的改革开放，我国经济的快速发展，我国的高速公路通车里程已达世界第一，随之而来的，由于车辆运输危险化学品、车辆碰撞等原因造成的火灾和爆炸事故也逐年增多，经常威胁到运营桥梁的安全。很多重大桥梁火灾事故中，着火车辆多携带大量易燃、易爆危险品，对桥梁结构的破坏作用强，造成的经济损失和社会影响较大。近年来河北省内京石、石安、张石、京沪、大广、京秦等多条高速公路由于车辆碰撞发生交通事故引发车上货物燃烧对事故发生地的桥梁造成火灾危害，至于桥梁及其他部位的小范围（梁、墩身）火灾事故，每年发生的数量更是不可计数。发生火灾时，高温对于公路桥梁有着严重的危害，轻则影响桥梁结构的耐久性能，重则导致桥梁拆除重建。一些机构及个人研究表明火灾后材料的力学性能都会发生比较严重的退化现象，这会导致混凝土结构在发生火灾时，承载能力降低，从而使安全系数下降，最终可能造成结构倒塌等严重事故发生[1]。
根据发达国家经验，当人类社会生产活动的频繁度越来越高时，随之而来的发生火灾的几率也极速增长。
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1.2 案例调查
下表 1-1 是课题组整理了近几年来发生的一些公路桥梁火灾事故。
第 2 章 钢筋和混凝土材料的高温特性
2.1 引言
根据燃烧物种类的不同，钢筋混凝土构件在火灾下的温度能达到近千摄氏度，随着高温的持续作用会对混凝土和钢筋的强度、比热容、热膨胀系数、弹性模量等产生不利影响，而这些变化正是评价整个结构是否处于安全状态的重要指标。在高温下混凝土和钢筋还会表现出很强的差异性，比如钢筋在受到高温时其软化特点明显，强度损失较大，但随着温度的降低钢筋的强度又能得到很大程度的恢复。而混凝土在温度达到 600℃时其抗压强度会降低 50%以上[43]，高温后其强度无法恢复等问题。
近年来国内外研究机构、学者对钢筋混凝土材料的高温特性进行了大量的试验，比较系统的研究了两种材料在高温环境下的力学性能及热工性能变化[44-45]并给出了相应的计算公式，本章主要阐述并系统归纳了一些国家的规范规定[46-54]以及研究人员的研究成果。2
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2.2 材料的热工性能
2.2.1混凝土热工性能
混凝土属于多种材料通过一定配合比制成的复合类材料，它的热工性能包括热传导系数、比热容、热膨胀系数等。当混凝土构件随外界环境温度产生变化时，则会通过热交换使其内部温度场发生变化，产生热应力和应变等现象。但是由于混凝土材料的导热性低、吸热散热性差、材料的不均匀性使得试验所测得的热工参数数据较为离散。
（1）热传导系数
因为混凝土属于一种复合材料，影响导热系数的因素有很多，其中含水率、配合比、骨料大小这三项是影响热传导系数的主要原因。文献[55]表示当混凝土配合比不同时其热传导系数也会相差较大，在 100℃-700℃以内时导热系数与温度大致呈直线关系，温度越高导热能力越差，当温度大于 700℃时导热系数变化趋于平缓。此外，当混凝土温度低于 100℃时其导热系数要明显高于 100℃以上时的导热系数值，这是因为在 100℃以下时水分蒸发缓慢，填充了混凝土中的微孔隙，增加了其导热系数值。以下列举了不同规范和文献中的热传导系数计算公式。
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3.1 引言··································· 29
3.2 试验方案······························· 29
第 4 章 钢筋混凝土梁过火后力学性能分析·····························51
4.1 引言································· 51
4.2 试验设计························ 51
第 5 章 过火钢筋混凝土梁力学性能有限元分析··························73
5.1 引言······························· 73
5.2 热-应力耦合模型建立···························73
第 5 章 过火钢筋混凝土梁力学性能有限元分析
5.1 引言
在研究钢筋混凝土结构抗火时主要有两种方法:一种是试验方法，另一种是有限元模拟分析方法。试验研究的方法通常受限于燃烧炉体积有限，所以这种方法主要用来分析一些小型混凝土构件或钢筋混凝土材料的抗火性能，而对于一些较大的足尺混凝土构件或整体结构的抗火则更多是使用有限元模拟的方法去研究，本文则在进行高温火灾试验之后又使用了ABAQUS有限元分析软件对四根试验梁的部分力学性能和温度场进行了研究。ABAQUS 软件是一款性能强大的非线性有限元分析软件，能够模拟混凝土梁在各种工况下的力学行为，包括位移、挠度等。
通过大量试验及文献可知，钢筋和混凝土材料会随着温度的升高而发生力学性能退化现象，在进行有限元模拟时，必须确定合适的材料本构关系，所以钢筋混凝土梁高温后力学性能变化属于一种材料非线性分析。在对热力耦合模型分析时，要先确定的截面温度场，然后以预定义场的形式输入到整体结构的力学模型中进行模拟计算。
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结论与展望
结论
钢筋和混凝土材料是我们日常生活中使用最多的、最广泛的两种建筑材料，但是由这两种材料建成的各种建筑及桥梁等结构在受到火灾后都会有很大程度的损伤，而钢筋和混凝土材料性能并不能随着火灾后温度的下降而完全恢复。所以针对这一火灾后结构承载力损失问题，本文通过以上试验以及有限元模拟的方法进行了研究，主要得出一下几点结论：
1）试验中 L2、L3、L4 梁在单面受火时，跨中挠度随着过火温度和过火时间的增大而增加，但整体挠度下降不大。
2）跨中过火位置在达到 30min 时开始出现温度裂缝，主要原因是，此时梁体已经被火灼烧有一定时间，且热量向梁体内部传递有一定的距离，梁体内外之间温度差异较大，温差产生的热应力大于混凝土抗拉强度容易导致裂缝产生。
3）在抗弯承载力试验中可以发现，过火梁在前期受到高温影响而在梁体两侧及底部产生温度裂缝会降低梁体的刚度使得梁体在前期的弹性工作阶段被削弱。
4）试验发现四根梁破坏后产生的裂缝发展情况相近，其中 L1 梁裂缝间距比较均匀，而其他三根过火梁跨中过火区域的裂缝间距变大，产生这种现象的原因是火烧后的混凝土刚度下降以及钢筋与混凝土之间粘结力遭到破坏。
参考文献（略）