某土木工程砖混结构火灾后检测鉴定与加固设计研究

来源: www.sblunwen.com 发布时间:2020-03-04 论文字数:37787字
论文编号: sb2020021315475429493 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇土木工程论文,本文通过石家庄市某砖混结构火灾后的检测鉴定和加固设计这一工程实例,对火灾后结构的检测鉴定与加固设计等问题进行分析和研究。
本文是一篇土木工程论文,本文通过石家庄市某砖混结构火灾后的检测鉴定和加固设计这一工程实例,对火灾后结构的检测鉴定与加固设计等问题进行分析和研究,并得到如下主要结论:(1)对火灾结构现场温度确定方法有多种,包括燃烧时间、现场残留物和构件损伤情况等,本文采用多种方法综合确定过火温度,这样得到的过火温度才会更加真实可靠。由于每个构件受火情况各不相同,故将过火范围划分为四种温度场,包括损伤严重区域、损伤次严重区域、损伤较轻区域和损伤轻微区域。通过对过火范围进行系统分级,以便后期检测鉴定与加固设计工作能顺利进行。(2)随机选取两组位置的工程检测数据,代入砌体墙和混凝土梁构件承载力计算公式中,利用 PKPM 软件进行结构构件承载力计算。将两者计算结果进行对比,结果相符合;参照相关构件鉴定评级表,分别对混凝土板、梁、砌体墙等进行初步鉴定评级。根据初步鉴定结果进行详细鉴定评级,并给出损伤严重构件位置。

第 1 章 绪论

1.1 选题背景及意义
1.1.1 选题背景
火的燃烧是可燃物在一定条件下发生化学反应,并且发光变色释放出能量。人类从发现火种直至学会使用火,经历了百万年的历史,火一直伴随着人类文明和社会进步共同成长,也一直担任着无比重要的角色,为人类社会做出了突出的贡献。但是,任何事物都具有两面性,火在失去人为控制的情况下,极可能造成不可掌控的火灾,对社会的经济财产和人类的财产安全造成威胁。近些年,我国的建筑领域不断扩展与进步,产生的建筑火灾的数量也随之增多。据权威部门统计[1],世界上每天大约发生 1 万多次火灾事例,其中造成人员死亡数量高达数百人。
国内往年发生典型火灾事件:1987 年 5 月 6 日,由于大气环流燥热和风多物燥的原因,黑龙江省大兴安岭地区的几处林场失火,这也是最为损失惨重一次森林火灾,火灾涉及受灾居民 6 万多户,造成 477 人烧伤死亡,经济损失达 50 千万元。2008 年 1 月 2 日,新疆德汇国际广场发生火灾,导致多名消防员丧生,经济损失达 50 千万元。2009 年 2 月 9 日,由于本身天气干燥和烟花爆竹的燃放,导致中央电视台电视文化中心项目失火,多名消防官兵受伤,损失人民币金额达 16 千万元。2013 年 6 月 3 日,由于电器短路,引起附近可燃物,吉林长春吉林宝源丰禽业有限公司,最终发生特大火灾事故,大火烧坏多数工厂设备,伤亡人数约 200 人,火灾造成直接经济损失严重,损失金额约 18000 万元。2015 年 8 月 12 日,由于危险品自燃,导致附近危险品爆炸,天津港瑞海公司发生了震撼人心的重大火灾爆炸事故,此次事故对社会产生了很大的影响,损失 670 千万元,死亡人数高达 165 人,其中有消防人员、公安民警和群众。另外,多处建筑物遭遇破坏,成千上万的商品汽车和集装箱惨遭烧毁,让人触目兴叹。中央电视台电视文化中心火灾和 2015 年天津港火灾情况分别如图 1-1 和图 1-2 所示。
图 1-1   中央电视台电视文化中心火灾
  图 1-2   2015 年天津港火灾
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外对于火灾后建筑结构的研究要早于我国,包括对于混凝土、砌体和钢筋等材料的性能研究。美国,作为具有代表性的最早研究火灾受损的国家之一,19 世纪末以来关于火灾后建筑结构的相关实验研究就不断展开进行。另外,世界其他国家也先后纷纷投入火灾后建筑结构的研究中去,都取得了一系列不朽的研究成果。
跨入 21 世纪,国外对于此类的研究成果更是日新月异,收获颇多。1918 年,美国就将温度-时间曲线—ASTMEI19 列为火灾研究的标准曲线[3]。法国、日本、英国以及加拿大等国家相关科研机构也对在火灾作用下的混凝土构件做了相关试验,包括材料内部温度场分布及温度升降过程和构件其各方面性能、受损程度情况。并对相关的评估检测与鉴定[4-5]进行了深入的研究。Zhenqing Wang 等人对为了探讨火灾下混凝土的材料行为,推导了考虑温度和蠕变变形的一般增量热弹塑性蠕变本构方程[6]。根据 Drucker-Prager 屈服准则,得到了混凝土的增量热弹塑性蠕变本构方程。本构方程的数值模拟采用了反向欧拉积分和隐式积分算法。数值结果表明,混凝土在高温下的徐变应变是不可忽略的。Alberto M.B. Martins 等人研究分析热约束对火灾下钢筋混凝土柱性能的影响这一现象。测试了几个参数对火灾下柱性能的影响,包括纵向配筋率、柱的长细比、约束水平、荷载水平和荷载偏心率。概述了火灾作用下约束热伸长钢筋混凝土柱性能的试验研究成果[7]。Zhao Dongfu 等人对砌块采用 C40 混凝土制作,并按规定的温度曲线进行试验。热电偶用于测量内块的温度场。火试后,分析推断出试样的最高温度。利用扫描电镜和 X 射线衍射仪推测的温度与热电偶测量的温度吻合较好。通过扫描电镜、X 射线衍射等方法对火灾后混凝土梁、柱、墙等构件的最高温度进行外推,证明了该方法的可行性,为灾后评估工作提供了可靠的数据支持[8]。
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第 2 章 火灾后结构火作用与结构损伤调查

2.1 工程概况 该工程位于石家庄市井陉矿区,
该教学楼建于 1988 年,功能设计为地上两层砖混结构。基础为墙下条形砖基础,楼(室)板预制。建筑面积约 600m2,该工程抗震设防烈度为 7 度,设计基本地震加速度为 0.10g,设计地震分组为第一组。基本风压:0.35kN/㎡;基本雪压:0.30kN/㎡。其设计、施工、监理单位均不详。
该工程于 2014 年 2 月 22 日晚上11 点 30 分左右发生火灾,火灾发生在建筑物的外墙上。这是由于架空电线泄漏引起的,导致绝缘层燃烧掉在下面的可燃物上。可燃物在一层开始燃烧,之后火势逐渐蔓延到二楼。火警接到人员报警电话后,当地的消防队立即赶往火灾现场,并开展扑救工作。至 2014 年 2 月 23 日凌晨 2 点左右被消防部门扑灭,共燃烧约 2.5 个小时,灭火方式主要采用水。火灾扑灭后,建筑部分结构构件受损。建筑外观损伤情况如图 2-1 所示。
图  2-1 火灾后建筑外观损伤照
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2.2 火作用调查
2.2.1 火灾现场调查
火灾发生后,相关检测人员对现有建筑物受损情况开展调查工作。调查内容按初步调查和详细调查两部分展开。
(1)初步调查
初步调查的内容包括:了解受火建筑物工程概况、起火原因、灭火形式和过程、火灾现场摄影记录与照片等等。通过对火灾现场损伤情况初步了解,对现场受火区域进行确定分析,关于受损严重的构件一定要采取相关措施,保证安全性。根据实际受损情况拟定详细的调查内容包括抽样内容和数量和检测仪器设备等,保证检测工作顺利地展开。
(2)详细调查
详细调查的内容包括:建筑物使用功能和室内物品摆设布置情况,火灾的燃烧开始、持续和结束时间、火灾起火点、火灾蔓延情况和灭火方式;收集现场物品残留物并记录烧损特征及烧损程度,并查询残留物的特征温度(如燃烧点、软化点、熔点等)。记录火灾后承重墙、梁和板等构件的受损情况、烧伤深度和裂缝情况;在对于某些重要而又特殊构件,判断其受损程度有一定困难时,必要的时候需对构件进行取样实验,进而测试构件的力学性能。
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第 3 章  火灾后结构性能检测 .............................................. 17
3.1  基础性能检测 ....................................... 17
3.2  烧结砖强度检测研究 ........................................... 17
3.2.1  烧结砖强度检测方法 .......................................... 17
3.2.2  烧结砖强度现场检测 .................................. 18 
第 4 章  火灾后结构承载力计算及构件鉴定评级 ................................. 28
4.1  火灾后结构承载力的计算 ....................................... 28
4.1.1  火灾后砌体墙抗压承载力的计算 ............................... 28
4.1.2  火灾后砌体墙抗剪承载力的计算 .................................. 29 
第 5 章  火灾后结构加固设计与分析 ...................................... 44
5.1  火灾后结构加固原则 .............................. 44
5.2  火灾后结构加固设计方法 ................................... 44

第 5 章 火灾后结构加固设计与分析

5.1 火灾后结构加固原则
火灾后结构的加固就是在受损结构承载力不足的条件下,通过选用合适的物理方法以及材料的搭配,提高原有受损构件的承载力,使得原有结构的使用功能实现最大的恢复。结构加固有以下几种原则[61]:
(1)注意结构总体受力
由于加固措施只针对承载力不足的结构构件,另外还要同时考虑新旧构件以及结构整体性的影响。例如,当对楼面或者屋面进行改造维修时,会同时增加对梁、承重墙及地基的荷载。加固时不能只看重局部构件,应从整体结构角度考虑问题。
(2)尽量利用原结构承载力
需要加固的原结构,通常仍具有一定的承载力,在确定加固方案时,应尽可能减少对加固前结构的破坏损害。加固前,应对原有结构进行深入准确的鉴定分析,等具有全面了解的基础。加固时,应尽量保持在原有结构的基础上。
(3)加固方案的优化
一般情况下,各个工程加固方案均不是惟一的。加固方案的选择受着多方面因素的综合制约,应紧扣现有结构和加固方案的受力特点,保证加固后的结构有效可靠。另外,综合考虑加固施工的技术水平和经济指标,权衡好有效措施和施工工期。总体的优化原则是经济合理、技术可靠、方便施工。
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结论与展望

结论
本文通过石家庄市某砖混结构火灾后的检测鉴定和加固设计这一工程实例,对火灾后结构的检测鉴定与加固设计等问题进行分析和研究,并得到如下主要结论:
(1)对火灾结构现场温度确定方法有多种,包括燃烧时间、现场残留物和构件损伤情况等,本文采用多种方法综合确定过火温度,这样得到的过火温度才会更加真实可靠。由于每个构件受火情况各不相同,故将过火范围划分为四种温度场,包括损伤严重区域、损伤次严重区域、损伤较轻区域和损伤轻微区域。通过对过火范围进行系统分级,以便后期检测鉴定与加固设计工作能顺利进行。
(2)随机选取两组位置的工程检测数据,代入砌体墙和混凝土梁构件承载力计算公式中,利用 PKPM 软件进行结构构件承载力计算。将两者计算结果进行对比,结果相符合;参照相关构件鉴定评级表,分别对混凝土板、梁、砌体墙等进行初步鉴定评级。根据初步鉴定结果进行详细鉴定评级,并给出损伤严重构件位置。
(3)利用 PKPM 软件对原有结构从抗震、受压、高厚比和局部承压四个方面进行计算分析,给出承载力不满足要求的构件位置。根据实际工程受损程度,经方案比选,选取合理经济的加固方案。本工程 A 区受损最为严重,故将其作为重点加固部位。通过软件加固设计验算,与加固前的数据对比分析,最终满足加固设计要求。 
参考文献(略)


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