Experimental Study on Damage and Rehabilitation of Reinforced Concrete Continuous Member After Fire

为了研究受火后混凝土连续受弯构件的力学性能,进行了5个混凝土两跨连续板和7个两跨连续梁的系列试验.试验内容包括依据ISO 834标准升温曲线进行的混凝土连续构件受火试验,以及高温后受损构件和修复加固构件的静载试验.试验结果表明,高温对混凝土连续受弯构件的力学性能有明显的影响;随着受火程度的加重,混凝土构件力学性能呈下降趋势.分析试验结果可知,初始刚度降幅最为明显,正常使用承载力的降幅大于极限承载力的降幅;连续板试件的损伤大于连续梁试件.通过置换受损混凝土并采用碳纤维布加固受火后连续构件可使其承载力恢复到甚至超过受火前的状态,加固后初始刚度的提高并不明显.     

薄壁U形钢加固受火后钢筋混凝土梁的数值计算

为了对薄壁U形钢加固受火后钢筋混凝土梁的力学性能进行数值模拟和影响因素分析,基于有限元软件ABAQUS建立了薄壁U形钢加固3面受火后钢筋混凝土T形梁的数值计算模型.利用3根薄壁U形钢加固受火后混凝土梁的受弯性能试验和4根薄壁U形钢加固受火后混凝土梁受剪性能试验的结果验证了数值模拟的有效性.通过计算分析了受火时间、薄壁U形钢厚度和内隔环数量对加固后混凝土梁受弯承载力的影响情况,并将有限元计算的受弯承载力与实用计算方法的计算结果进行对比分析.研究结果表明:数值模拟能较好预测加固后试件的受弯承载力、受剪承载力,模拟误差分别在6%、8%以内;随受火时间增加,加固后试件的受弯承载力有所降低,但降低幅度较小;随内隔环数量的增加,内隔环承受的应力降低,可提高薄壁U形钢与混凝土间的整体性;加固试件受弯承载力的实用计算结果总体上与有限元结果吻合良好.     

CFRP加固高温后圆钢管混凝土结构轴压力学性能分析

在恒定高温作用后,对12个圆钢管混凝土短柱试件进行CFRP加固后的轴压力学性能分析.通过轴压承载力试验,研究了不同恒温及不同约束效应系数时CFRP-圆钢管-混凝土结构的轴压力学性能和变化规律.试验数据对比分析表明,高温作用后的圆钢管混凝土承载力和弹性模量随温度升高而降低,采用CFRP加固的高温受损构件力学性能明显得到改善.在综合分析基础上,利用简化公式计算的结果与试验分析结果吻合较好.     

玄武岩纤维与碳纤维加固连续梁抗弯试验研究

为分析玄武岩纤维布与碳纤维布加固混凝土T形截面连续梁的抗弯性能和破坏模式,对7根由两种纤维加固的T形截面连续梁和1根对比梁进行了抗弯试验.试验设计考虑了混凝土连续梁负弯矩区纤维布绕过柱粘贴的情况.试验结果表明,同等工况下,玄武岩纤维布对连续梁的抗弯承载力提高程度较小,但玄武岩纤维布加固梁具有更好的延性.建议国产玄武岩纤维布加固混凝土受弯构件的允许拉应变,对于重要构件不超过0.007,对于一般构件不超过0.01.实际工程中,对混凝土受弯构件加固后的承载力提高幅度要求不高且要求较好延性、耐腐蚀性的情况下,可采用玄武岩纤维复合材料.     

CFRP加固高温损伤RC板力学性能数值模拟

钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)结构在遭受火灾高温后力学性能发生损伤退化.为了探究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)加固高温损伤RC板的力学性能，基于“热学-力学”顺序单向耦合框架，开展了三维数值模拟.在模拟中，首先进行高温条件下RC板传热分析，获得其温度场变化；进而考虑钢筋和混凝土材料力学性能以及二者之间非线性粘结-滑移行为随温度的退化规律，假定外贴CRFP片材与混凝土之间的相互作用为完好粘结，建立CFRP加固高温损伤RC板三维有限元分析模型.在验证了三维数值模型合理性的基础上，分析了不同高温时间损伤RC板外贴CFRP加固后的破坏形态、承载力、挠度、刚度和内部应变等，评估了加固效果，进一步讨论了CFRP条带粘贴数量对加固效果的影响.结果表明：RC板受火后在四点加载下的破坏模式为典型弯曲破坏.随着受火时间增加，损伤更加严重，承载力和刚度等逐渐降低，钢筋和CFRP的应变增大.随着RC板高温损伤后粘贴CFRP层数增加，承载力和刚度增大，钢筋和CFRP的应变降低.此外，当板受火时间达到耐火极限90min...     

用无机胶粘贴CFRP布加固损伤 RC连续梁受弯性能试验

用无机胶粘贴一层CFRP布对2根损伤配筋混凝土连续梁进行抗弯加固.采用跨中加载的方式来测试加固后梁的抗弯性能,获得加固后梁的抗弯承载力、跨中荷载-位移曲线等试验数据.试验梁出现了纵向受拉钢筋先屈服,然后CFRP布被拉断的破坏模式.基本满足平截面假定.试验结果显示,用无机胶粘贴CFRP布加固损伤配筋混凝土构件是可行的.提出了用无机胶粘贴CFRP布加固受损配筋混凝土连续梁的抗弯承载力计算公式.     

体外预应力FRP筋加固混凝土单向板受弯性能及承载力计算方法

以FRP筋张拉应力和加固量为试验参数,制作了6块混凝土单向板,包括1块对比板和5块体外预应力玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋加固混凝土单向板,分析了体外预应力筋对混凝土单向板受力性能的影响.结果表明,体外预应力FRP筋对混凝土单向板开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显的提高.结合本文和已有文献的试验结果,分析了张拉控制应力、FRP筋加固量和加固长度、FRP筋有效高度对混凝土受弯构件性能的影响,提出了体外预应力FRP筋加固混凝土受弯构件承载力计算方法.该方法适用于体外预应力FRP筋加固混凝土梁和单向板受弯构件承载力的计算.     

火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能的计算分析

为研究火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能,对已有试验结果进行理论分析,并提出计算火灾后构件力学性能简化算法.试验设置1根受火梁及1根对比梁,依据ISO834标准升温曲线对受火梁开展升温试验,静置后,进行受火梁及对比梁常温静载试验.根据实际升温曲线,利用有限元软件对受火梁温度场进行计算,结合常温及火灾损伤后材料力学性能,分析出截面弯矩曲率关系,得出截面抗弯刚度,继而计算出受火连续梁及对比连续梁的弯矩及位移.结果表明:当截面受压区直接受火时,刚度及承载力都有较大降低,其中刚度下降更加显著,当截面受拉区直接受火时,刚度及承载力变化较小;受火梁与对比梁相比,梁弯矩明显更多地向加载点分配,最终导致梁出铰顺序不同,随着荷载增加,常温梁中支座先屈服,继而加载点截面屈服,而受火梁加载点截面先于中支座截面屈服.计算结果与试验结果吻合较好,同时对比分析了传统的计算连续梁的方法,表明其不适用于预测火灾后损伤的连续梁力学性能.     

火灾后预应力混凝土连续板力学性能试验与分析

完成了7块火灾后两跨无黏结预应力混凝土单向连续板受力性能试验.基于试验结果,拟合出火灾后预应力混凝土连续板中无黏结筋剩余应力、极限应力的计算公式,提出了火灾后预应力混凝土连续板正截面承载力计算公式.根据火灾下温度场分布沿板厚方向将截面分条带,引入火灾后钢筋、混凝土本构关系,基于截面轴力、弯矩平衡,获得了火灾下预应力混凝土板任意截面的弯矩-曲率关系全曲线.基于支座变形协调方程,可用割线刚度法对支座反力进行迭代求解,计算板在外荷载(曲率荷载)与支座反力共同作用下的弯矩、挠度和支座位移,进而对截面曲率积分可求得连续板的变形.试验结果表明:初始有效应力越高、受火时间越长,火灾后连续板预应力钢丝应力损失越严重;保护层厚度越小、受火时间越长、荷载水平越大,火灾后板跨中截面承载力降低幅度越大;受火时间越长、荷载水平越大,板中支座截面承载力降低幅度越大.     

新型混凝土材料加固震损RC框架柱抗震性能试验研究

通过5根采用新型混凝土材料加固RC框架柱和1根未加固框架柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了不同震损程度和不同加固方式对试件抗震性能的影响.试验结果表明:各加固试件的极限承载力相对于未加固试件均有不同程度的提高,其中三面加固柱极限承载力高于单面加固柱,而四面加固柱极限承载力最高;中等震损和严重震损试件经加固后的极限承载力比未损直接加固试件的极限承载力略低,但相差不大.采用新型混凝土材料加固受损试件,能够有效的提高受损构件的滞回性能、极限承载力和刚度等抗震性能.     

火灾后四边简支钢筋混凝土板刚度与挠度试验研究及分析

为研究钢筋混凝土双向板在遭受火灾作用后的承载能力及挠度发展规律,对配筋率及受火时间不同的火灾后钢筋混凝土双向板承载能力进行研究。研究结果表明：火灾作用后,双向板在荷载作用下无混凝土开裂前的弹性阶段,而是直接进入带裂缝工作阶段,且只存在钢筋屈服前的带裂缝工作阶段和钢筋屈服后的破坏阶段;配筋率高的双向板挠度发展较为缓慢,具有更好的抵抗变形的能力,提高配筋率可使得双向板的抗弯刚度增加;随着受火时间的延长,双向板挠度发展加快,挠度曲线更为饱满,表明火灾使得双向板的抗弯刚度削减,挠曲变形也随之增大;以已有的受弯构件刚度的计算方法为基础,结合材料的高温后性能与火灾对双向板承载性能的影响,采用分层划分的方法,推导给出了火灾后钢筋混凝土双向板刚度及挠度计算公式,并与试验对比进行验证。     

火灾后外包薄壁钢管加固钢筋混凝土轴压柱力学性能的数值模拟

基于有限元ABAQUS软件,通过建立温度场模型与静力加载模型,对外包薄壁钢管加固ISO 834标准火灾作用后的钢筋混凝土(RC)柱的轴压性能进行研究.分析外包钢管厚度、加固方式和截面形状对外包薄壁钢管加固火灾后RC柱的刚度、轴压承载力和极限变形能力等的影响规律.结果表明:外包薄壁钢管加固火灾后RC柱的刚度、轴压承载力和变形能恢复甚至超过火灾前试件的水平,且随钢管厚度的增加、加固方式的改变,以及加固后截面形状的不同,混凝土柱的受力性能有不同程度的提高.     

高温下/后钢筋混凝土梁抗冲击性能:细观分析

冲击(或爆炸)和火灾往往伴随发生并威胁工程结构的使用安全,高温和高应变率对钢筋混凝土(RC)结构的耦合作用引起了研究者的广泛关注.本文结合混凝土细观非均质性,考虑钢筋和混凝土材料的应变率增强效应及高温退化效应,同时考虑钢筋与混凝土间的黏结-滑移行为,建立了RC梁抗火抗冲击性能研究的细观数值模型.与室温下落锤冲击试验结果对比,验证了细观数值模型的合理性,进而比较分析了高温下及高温后RC梁在冲击作用下的力学响应,揭示了RC梁的破坏模式与失效机制.结果表明:建立的细观数值模型能够有效描述RC梁在高温和冲击荷载联合作用下的破坏模式;相同受火时间,高温下RC梁表现出比高温后RC梁更为严重的破坏,且随受火时间的增加,差异逐渐扩大.     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

碳纤维增强复合材料编织网混凝土梁试验研究

将碳纤维增强复合材料（CFRP）编织成正交网格,并经环氧树脂胶固化形成受力骨架,代替钢筋混凝土梁中的钢筋,以解决普通钢筋混凝土中钢筋易锈蚀的问题。通过对3根不同配筋率的CFRP编织网混凝土梁的弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下构件的应变变化、挠度发展、破坏过程及破坏特征,对其受弯承载力及抗弯刚度等弯曲性能进行分析。试验结果表明：CFRP编织网与混凝土有良好的粘结性能,二者协同受力性能良好;破坏前,试件有明显的塑性变形,有明显的破坏预兆,延性性能较好;随着配筋率的提升,构件承载能力、抗弯刚度较大幅度提升。试件破坏时,CFRP编织网纵向受力筋均未达到其抗拉强度,故在以后的试验中可对编织网的纵向受力筋施加一定的预应力,以提高CFRP编织网的利用率。     

火灾后混凝土梁抗剪承载力试验与有限元分析

对一根常温和七根火灾后混凝土梁进行抗剪试验.梁三面受火,采用ISO834标准升温曲线升温2h,待冷却后进行试验.试验主要考虑剪跨比的影响,同时对截面尺寸、受火位置的影响进行了研究.结果表明:火灾(高温)后混凝土梁抗剪承载力降低,刚度下降,极限位移增加;随着剪跨比的增加承载力降低;高温对混凝土受压区影响明显;三面受火状况下,截面高度对高温后混凝土抗剪性能的影响与常温下一致.建议了抗剪承载力有限元计算方法,其结果与试验值吻合较好.     

钢筋混凝土简支梁高温力学性能的试验研究

通过对8根足尺钢筋混凝土简支梁进行火灾模拟试验,并对构件高温冷却后进行破坏性试验,得到了构件在高温作用下的温度场分布、变形规律和构件在不同的配筋、不同的冷却方式和不同的升温时间下的剩余极限承载力,并对各种工况下的构件受损程度进行了对比分析.试验结果表明,构件保护层厚度越小,升温时间越长,配筋率越低,则火灾对梁的损伤程度越大,喷水冷却构件剩余极限承载力较炉中冷却剩余极限承载力大.     

高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层技术加固火灾受损梁效果

通过对钢筋混凝土(RC)梁构件进行受损前后的受弯性能加固实验研究,分析了实验构件的破坏形态、裂缝分布、荷载-挠度曲线、钢绞线的应变曲线以及极限承载力等.研究表明,普通RC梁在一般过火条件下,其抗弯承载力和刚度有一定程度的降低,而采用高强钢绞线网-聚合物砂浆复合面层加固技术(SMPM)加固后,其加固效果显著,承载力较过火梁显著提高,可恢复到其过火前的水平.     

考虑弯剪相关性的钢筋混凝土受弯构件承载力计算

钢筋混凝土受弯构件中,弯剪承载力存在相关性。中国规范GBJ10—89,GB50010,JTJ023—85和JTG D62—2004,以及美国规范ACI318基本沿用了相同的思路,未充分考虑弯剪相关性,受弯构件纵筋和箍筋用量分别按正截面承载力和斜截面承载力单独计算确定,仅通过剪跨比分析了在集中荷载作用下的独立梁的弯矩对抗剪承载力的影响。在分析GB50010和ACI318的强度准则中隐含应力层次的弯剪相关性和承载力公式中剪跨比影响的基础上,提出了考虑弯剪相关性的弯剪承载力修正公式。通过典型算例,分析了不同参数下修正公式与规范公式的设计配筋量,比较了抗弯和抗剪可靠指标的变化,并基于GB50068—2001的目标可靠指标要求,探讨了考虑弯剪相关性的必要性。