高温下混凝土孔隙压力测量方法的研究及设备研制

高温下混凝土易发生爆裂,影响爆裂的因素之一就是混凝土中孔隙蒸汽压力的变化.通过研制混凝土中孔隙压力测量装置,设计试验测量升温过程中孔隙压力的变化,分析了混凝土试块在高温下内部温度和孔隙压力的关系.     

钢筋RPC梁高温全过程抗弯性能试验研究

采用多功能高温试验炉对4根尺寸相对较大的钢筋活性粉末混凝土（RPC）梁和1根普通钢筋混凝土（NC）梁开展了恒载作用下的高温试验与高温后的抗弯试验，以期为钢筋RPC梁抗火性能评估提供依据. 试验获取了试件在高温下跨中截面的温度场、挠度发展数据，分析了控制温度和外包砂浆层对钢筋RPC梁高温下以及高温后抗弯性能的影响. 结果表明，混合掺入体积分数为2%的钢纤维与0.3%的聚丙烯纤维，有效抑制了RPC梁的高温爆裂现象；控制温度对RPC梁的高温挠度发展及高温后的剩余抗弯性能有重要影响，在经历600 ℃和800 ℃高温作用后，RPC梁的剩余抗弯承载力分别下降了13%和24%；外包砂浆层有效减少了RPC梁的高温损伤，并显著改善了构件高温后的剩余抗弯性能；相比于普通混凝土梁，高温作用后的RPC梁的力学性能稳定性及安全性相对较高；基于截面等效温度，提出了RPC梁高温后的抗弯力学性能预测公式.     

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.     

火灾后钢筋混凝土梁的安全性静载测试研究

钢筋混凝土结构火灾损伤程度安全性评价是一个实验性很强的研究课题,按照火灾试验标准,设计了建筑构件在火灾作用下进行了模拟火灾高温对对构件损伤试验,并对梁进行了静力荷载测试,结果表明火灾作用后梁的安全性能降低,脆性增大,刚度减小,试验结果为火灾后混凝土构件理论计算提供了试验依据。     

火灾下钢筋混凝土柱非线性有限元分析

采用合理的钢材和混凝土的热-力耦合本构模型,针对火灾下钢筋混凝土截面可能出现卸载和反向再加载情形,提出高温下混凝土单轴应力-应变滞回关系。根据火灾下U.L列式虚功增量方程和分层非线性梁单元方法,建立火灾下钢筋混凝土柱非线性有限元分析理论并编制相应的全过程分析程序NARCLF。对典型火灾下钢筋混凝土柱的试验资料进行双重非线性有限元分析。研究结果表明：采用材料应力一应变滞回关系的有限元分析方法的计算结果与实验结果较吻合,证明采用该方法可合理反映火灾下钢筋混凝土柱的变形特性和耐火性能。     

钢筋混凝土柱动态加载试验及数值模拟

为研究不同加载路径和加载速率下钢筋混凝土柱式构件的力学性能,对4组钢筋混凝土柱进行了不同加载路径下的慢速和快速加载试验,并基于OpenSees软件对试验结果进行了数值模拟.结果表明:快速加载下试件承载能力高于慢速加载,但试件延性降低;相较于单向加载,双向加载下试件刚度、强度退化加剧,试件卸载、再加载刚度均有不同程度降低,变形能力下降;双向加载时,十字形加载路径对试件力学性能影响较弱,菱形加载路径下试件延性降低幅度最大,强度、刚度退化最为迅速,试件力学性能受加载速率影响也最为显著;钢筋应变率随其所处位置距试件底部距离的增加逐渐降低,应变率最大值发生在塑性铰区域内;本文基于OpenSees中的集中塑性铰梁单元,采用Scott等改进后的Kent-Park混凝土本构模型和Mohle-Kunnath钢筋本构模型,并考虑材料的应变率效应建立的计算模型可有效模拟钢筋混凝土柱在不同加载速率下的主要动态力学性能.     

饱和度对混凝土三轴抗压强度的影响试验研究

混凝土结构服役环境非常复杂，其孔隙中自由水饱和度和受力状态因服役环境不同而有较大的区别．为研究不同含水饱和度混凝土在三向受力状态下的力学性质，本文通过干燥、真空饱水、自然蒸发3个步骤制作了0、50%和100%3种饱和度、2种强度等级的混凝土试件．试验采用了长径比2∶1的圆柱体和边长50 mm的立方体两种形状的试件．对总共60余个混凝土试件进行了无侧限单轴压缩试验和不同围压下的三轴压缩试验．试验结果表明：随着饱和度的增加，混凝土材料的单轴抗压强度逐渐降低，且普通强度混凝土的下降幅度比高强度混凝土高；在围压条件下，不同含水饱和度的混凝土试件轴向抗压强度均有所提高，普通强度混凝土的三轴强度比高强混凝土提高的幅度更大，且饱和度高的试件对侧向压力更为敏感，这主要是由于多向应力条件下产生的孔隙水压力作用；根据所得到的试验结果，基于Mohr-Coulomb强度准则建立了考虑饱和度影响的混凝土强度模型，用于指导混凝土结构在不同湿度服役环境下的设计，提高设计的可靠性.     

初始损伤钢筋混凝土梁分形损伤本构及受弯承载力研究

为明确初始孔隙在荷载作用下对混凝土结构的损伤及裂缝扩展路径的影响,设计并分别制作了初始孔隙为0%、2%、4%和6%的8根钢筋混凝土梁,开展单调静载受弯性能试验,分析其力学性能和表面裂缝分形维数变化情况。通过将裂缝分形维数引入混凝土本构关系中,提出了钢筋混凝土梁抗弯强度计算方法。研究结果表明:预制初始孔隙缺陷的钢筋混凝土梁仍满足平截面假定,预制孔隙一定程度削弱了混凝土的力学性能,同时跨中裂缝的产生、扩展和演化更迅速。裂缝扩展路径的分形维数可以反映钢筋混凝土梁的损伤程度及其破坏过程,本文建议的钢筋混凝土梁受弯承载力的理论值与试验值吻合较好。     

火灾作用下钢筋混凝土梁温度场数值模拟及试验验证

为研究钢筋混凝土梁在火灾作用下抗火性能,利用有限单元法与有限差分法混合解法,给出钢筋混凝土梁截面高温下温度分布数值计算方法,并编制数值模拟程序以分析高温下钢筋混凝土梁瞬态温度场。采用该分析程序计算结果与火灾试验结果对比分析,计算数据与试验结果吻合,表明此计算方法切实可行,数值模拟程序可较好预测钢筋混凝土梁火灾下截面温度场的分布。     

空心板梁桥火灾后承载力评估

为了研究火灾后混凝土桥梁的力学性能,以火灾后某钢筋混凝土空心板桥为工程背景,根据火灾后该桥混凝土的颜色、裂缝、脱落情况及锤击反应对桥梁进行了火灾鉴定.为评估火灾后桥梁的承载能力,还测量了该桥受火梁段在静力试验荷载作用下的挠度值、应变值及裂缝的分布状况.鉴定及试验结果表明桥梁刚度有所下降,但桥梁整体仍处于弹性阶段,并不影响结构安全.为保证桥梁长期运营的安全性,建议对梁底损伤部位进行处理.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗冲击荷载数值模拟研究

为研究冲击作用下锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能与破坏模态,本文通过Fujikake等进行的混凝土梁冲击试验,校核了有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立的钢筋混凝土梁结构精细化有限元模型的冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线和破坏模态的准确性。在已验证有限元模型的基础上,研究钢筋锈蚀率对混凝土梁抗冲击性能的影响。有限元分析表明：混凝土构件在冲击作用下导致的混凝土剥落程度随钢筋锈蚀率的增加而增加。各冲击高度下的锈蚀钢筋混凝土梁均表现出弯曲破坏特征。钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的抗冲击性能具有一定的影响,在相同落锤冲击高度下,冲击力峰值随钢筋锈蚀率的增大逐渐减小,跨中位移随钢筋锈蚀率的增大而增大。当冲击高度为3.0m时,锈蚀率为30.0%时的冲击力峰值降低到未锈蚀时的17.9%,跨中位移为增加到未锈蚀时的33.3%。     

混凝土梁桥过火后预应力损失

火灾中产生的高温对预应力结构有较大影响,因降低结构的有效预应力,导致过火后受拉外缘压应力储备降低,结构提前开裂,影响结构使用性能和耐久性。为快速确定预应力混凝土梁过火后的有效预应力,以某省过火后拆除的32片梁为样本,通过实测过火后混凝土梁桥钢绞线永存应力,获得剥落深度比与预应力损失比的回归公式,选用极限承载能力试验及有限元数值分析验证该公式的适用性。结果表明,火灾后梁板预应力钢束出现应力损失,当混凝土剥落深度超过1/3钢绞线净保护层时,预应力损失不可忽略;先张法预应力混凝土结构,抗火设计应适当提高钢绞线保护层厚度;当混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时,预应力损失率达10%,严重影响结构刚度。     

火灾高温下钢筋混凝土连续梁非线性数值分析

应用有限元方法,对火灾下钢筋混凝土连续梁进行了非线性数值分析。通过计算,得到了5种典型工况下的三跨钢筋混凝土连续梁的混凝土与钢筋的应力以及梁的变形、位移。并通过分析可知:高温下连续梁温度荷载与结构荷载类似,在连续梁结构中存在着荷载最不利位置。     

高温下钢筋混凝土简支梁的抗火性能

对2根钢筋混凝土梁开展高温试验研究,采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对其温度场和结构变形性能进行三维实体有限元分析,温度场和结构变形性能计算结果与试验结果符合较好.在试验验证的基础上,开展有限元参数分析,探讨保护层厚度及荷载水平对钢筋混凝土简支梁抗火性能的影响.结果表明,钢筋混凝土简支梁的保护层越厚,受拉主筋升温越慢,构件变形延缓,耐火极限增大;荷载水平越大,耐火极限越小.     

梁侧锚固钢板加固火后混凝土梁受弯试验研究

按照ISO834国际标准升温曲线对6根钢筋混凝土梁进行受火试验,并用梁侧锚固钢板法对其中5根受损梁进行加固,然后进行四点弯曲试验.分析了锚栓间距、角钢加劲肋、梁侧钢板的高度与厚度等因素对加固梁受弯承载力、刚度及延性的影响.结果表明:火灾后受损梁采用梁侧锚固钢板加固后,峰值荷载和刚度均得到显著提高,但其延性变化各异;受弯性能的加固效果随钢板厚度增大及锚栓间距减小而增强,而角钢加劲肋可有效限制钢板屈曲.通过限制钢板与混凝土连接界面上的相对滑移以及梁侧钢板的屈曲,可显著提高钢板与混凝土梁之间协同工作的程度.     

小跨高比钢纤维高强混凝土连梁延性和耗能研究

基于9根小跨高比(l/h≤2.5)钢纤维高强混凝土连梁和4根高强混凝土对比连梁试验,考察了跨高比、钢纤维体积掺率和配箍率对高强混凝土连梁位移延性和耗能能力的影响.结果表明:随着跨高比、钢纤维体积掺率和配箍率的增大,连梁的位移延性和耗能性能得到明显改善.当配箍率提高到一定程度后,由于剪压区混凝土破碎引起剪切滑移坡坏,箍筋不能完全发挥作用,配箍率对连梁的延性和耗能能力的影响不再明显.而在按非抗震要求配置箍筋的高强混凝土连梁中掺入ρf=1.0%的钢纤维,可使连梁达到与按抗震要求配置箍筋的连梁相当的位移延性系数,而当ρf=1.5%时,试件发生了弯曲破坏,从根本上改变了小跨高比高强混凝土连梁破坏的脆性性质.     

碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火性能试验研究

通过一根未加固钢筋混凝土梁,以及五根碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的三面受火试验,探讨不同厚度的厚涂型防火涂料、不同荷载比、不同碳纤维布加固量等因素对碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁耐火性能的影响。结果表明：高温下该类构件的破坏形态大致可分为受弯破坏和弯剪破坏两类,常温下发生弯曲破坏的加固构件有可能在高温下出现破坏形态的转变;虽然加固构件所承受的荷载明显大于未加固构件,前者由于防火涂料的保护,其耐火极限仍大于后者。只要科学合理地设置防火保护层,碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火性能完全能够满足实际工程需要。     

HPFL加固受火RC梁刚度及挠度研究

结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋力学性能的研究,分别采用三台阶模型和二台阶模型对火灾后混凝土和钢筋的弹性模量进行简化计算.根据简化计算模型和等效弹性模量法,对受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量进行等效,得到受火后钢筋混凝土梁截面的弹性模量.根据有效惯性矩法,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁开裂前和开裂后的截面进行等效换算,将受拉区钢筋和全截面的高性能复合砂浆钢筋网换算成弹性模量为混凝土弹性模量的换算截面.在考虑剪切变形影响的前提下,对高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁的截面刚度和挠度进行理论推导,并结合实验数据验证理论公式的合理性.分析结果表明,推导所得的计算公式与试验数据基本吻合.     

GSIFCON材料拉敏特性及对梁构件机敏检测

为了利用石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土检测梁构件内部损伤,采用三根素混凝土梁对GISFCON的拉敏特性进行了研究。采用GSIFCON与钢筋混凝土梁叠合的方法,测定在不同应力作用下,梁构件破坏过程中GSFICON的电阻相对变化,来监测梁构件内部损伤情况。试验结果表明:GSIFCON材料的拉敏性能要高于其压敏性能4倍以上。在不同应力作用下,梁构件受拉区GSIFCON的电阻相对变化始终与梁构件损伤过程保持一一对应关系,可对梁构件损伤进行检测。研究结论为GSIFCON在智能结构中的应用提供了理论依据。