受火后钢筋RPC简支梁受力性能试验研究

为了研究受火后活性粉末混凝土(RPC)构件的力学行为及其变形性能,完成5根受火后钢筋RPC简支梁受弯试验,获得了梁的正截面剩余承载力、荷载 跨中位移曲线及裂缝发展规律,考察了配筋率、荷载水平、受火时间等因素对受火后钢筋RPC简支梁受力性能的影响,并将试验结果与常温下受力性能进行对比分析。结果表明：配筋率为220%~5.13%、受火时间135min时,受火后钢筋RPC简支梁均保持为适筋破坏,且配筋率越大,剩余承载力越高,荷载水平越高、受火时间越长,剩余承载力越低;通过简化计算模型得到受火后钢筋RPC简支梁正截面剩余承载力计算值,与试验值吻合较好;受火后配筋率不低于3.94%的各试验梁剩余承载力与常温下相比降低了10%左右,钢筋RPC简支梁受明火作用后的承载力损失较小。     

HRBF500钢筋混凝土梁受火后动力性能试验和温度场数值模拟

500 MPa细晶粒热轧带肋钢筋(HRBF500)强度高、延性好,是一种新型材料。为使其应用得到推广,通过明火试验,考察ISO 834标准升温曲线下,HRBF500级细晶粒钢筋混凝土(RC)梁的火灾行为;采用ANSYS分析和研究高温下细晶粒混凝土梁截面内的瞬态温度分布,并与试验结果对比;对4根细晶粒钢筋混凝土梁,在经历不同的受火时间后自然冷却至室温,进行振动测试,分析混凝土梁自振频率受高温作用的影响规律。研究得到,细晶粒钢筋混凝土梁在受火后的自振频率随着受火时间的增长而不断减小;梁的配筋率越小,自振频率减小的幅度越大。     

高温后预制装配式叠合梁受弯性能试验研究

为研究荷载比、受火时间、叠合参数对预制装配式混凝土叠合梁高温后残余受弯性能的影响，共设计了14根T形截面叠合梁，其中12根梁分别进行受火试验及受火后静载试验，剩余2根梁进行常温静载试验；采用有限元软件ABAQUS中的三维弹簧单元模拟了预制-现浇混凝土叠合面的相互作用，提出了叠合梁受火后受弯承载力计算方法。研究结果表明：随受火时间增加，叠合梁残余承载力逐渐降低；相同受火时间下，荷载比越大，叠合参数越小，截面所历经的最高温度越大。荷载比与叠合参数均对叠合梁残余承载力有一定影响，受火时间为120 min时，同一叠合参数下，荷载比为0的梁的残余承载力较荷载比为0.44的提高了19%;相同荷载比下，叠合参数为0.6的梁残余承载力较叠合参数为0.4的提高了24%。考虑到高温后普通混凝土梁残余承载力计算式不再适用于叠合梁，通过引入折减系数，提出了适用于火灾后叠合梁残余承载力简化公式，其计算值与试验值误差4%～12%,精确度较高。     

受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

通过2根未受火钢筋混凝土梁、2根受火后钢筋混凝土梁和4根受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁的静载试验,研究了剪跨比、CFRP布加固量和楼板翼缘对受火后钢筋混凝土梁受剪加固效果的影响。采用自编有限元程序分析受火损伤的混凝土梁截面通过等截面修复后截面混凝土抗拉强度的平均折减系数,提出受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:加固梁破坏时,外包的CFRP布发生拉断破坏,"U形包裹加压条"的CFRP布发生剥离破坏;受火后外包CFRP布加固混凝土矩形梁的受剪承载力相比未受火钢筋混凝土梁提高了5.3%~16.6%;受火后"U形包裹加压条"方式加固混凝土T形梁的受剪承载力相比对应未受火矩形梁提高了34.0%。提出的受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的计算式具备一定的安全保证率,可用于该类构件受火后的受剪加固计算。     

高温作用后圆钢管钢筋混凝土轴压短柱力学性能试验研究

采用立式燃气试验炉对14根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的圆钢管钢筋混凝土短柱进行了按ISO 834标准升降温曲线的明火试验,其中2根短柱用于量测温度场,其余12根短柱冷却至室温后进行轴压静载试验。实测了受火阶段轴压短柱典型部位的截面温度分布和受火后的轴压荷载-轴向变形关系曲线,分析了升温时间和配筋率对受火后钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力、刚度和延性的影响规律,同时进行了6根钢管钢筋混凝土短柱常温静载试验,与受火后对应轴压短柱比较,最后结合相关规范/规程提出了高温作用后圆钢管钢筋混凝土轴压短柱承载力的计算式。结果表明:钢管钢筋混凝土短柱受火后仍具有较高的承载力和良好的延性;升温时间对钢管钢筋混凝土短柱火灾后刚度和延性的影响明显大于对承载力的影响;配筋率的增大对钢管钢筋混凝土短柱的火灾后承载力、刚度和延性均有提高;所提计算式的计算结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

HRBF500钢筋混凝土梁受弯承载力试验研究

试验设计制作了7根配有500 MPa细晶粒高强钢筋的钢筋混凝土梁,通过变化保护层厚度、纵筋配筋率、混凝土强度等因素,分析研究高强钢筋混凝土梁的承载力。试验结果显示:应用500 MPa细晶粒高强钢筋的混凝土梁承载力的实测结果与采用规范公式计算值比较接近,可以继续沿用现有的规范计算公式。     

细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析

为研究配置了细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能,制作了HRBF400、HRBF500级钢筋混凝土矩形截面梁各4根进行静力抗弯试验。研究表明HRBF筋混凝土梁在短期荷载作用下的最大裂缝宽度实测值满足规范要求,但计算值不满足。HRBF400级钢筋混凝土梁在正常使用条件下的挠度能满足规范要求,HRBF500级钢筋混凝土梁不能够满足规范要求。推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式,提出了构件承载力利用系数的概念,分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度、高跨比对构件承载力利用系数的影响。在经济配筋率范围内,HRBF筋混凝土梁的延性基本满足要求。HRBF筋混凝土梁的耗能能力在较低配筋率时与普通钢筋混凝土梁相近,但随着配筋率的提高,其耗能能力较普通钢筋混凝土梁降低的快。同配筋率下,HRBF筋混凝土梁在弹性阶段的耗能能力较普通钢筋混凝土梁要高,且随着配筋率的增大而提高。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

外贴碳纤维布加固混凝土梁断裂特性的试验研究

通过对5根矩形截面钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究,分析外贴碳纤维布对不同配筋率、剪跨比和预裂混凝土梁的破坏形态、刚度变化、极限承载力、变形能力和裂缝开展情况的影响。试验结果表明,外贴碳纤维布可以明显提高钢筋混凝土梁的极限承载力和变形能力,延缓混凝土裂缝的发展,并使得加固梁的整体刚度显著提高,加固效果明显。对于预裂加固梁,外贴碳纤维布加固后其抗弯承载力和延性均有所降低。试验梁的原始配筋率越大,加固后梁的抗弯承载力提高的越明显,而且其变形能力也显著提高;同时,试验梁的剪跨比越小,预裂加固后承载力提高越明显,但延性却有所降低。最后对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的正截面承载力进行理论分析和推导,建立实用的理论计算公式,理论计算结果与试验结果符合较好。     

高强箍筋高强混凝土梁受剪试验研究

设计了一套使钢筋混凝土梁剪切破坏稳定可控的刚性试验系统,利用该试验系统,完成了19根剪跨比为3的钢筋混凝土简支梁的剪切破坏试验,得到了荷载-挠度曲线。根据试验结果,分析了混凝土强度等级、箍筋的强度和倾角、纵筋配筋率和纵向分布钢筋等因素对试验梁破坏形态、剪切延性系数和受剪承载力的影响,并将受剪承载力试验值与我国混凝土结构设计规范和美国ACI规范计算值进行了对比。结果表明:对于剪跨比等于3的梁,适当配置腹筋,可以改善其延性性能;在高强混凝土梁中应用高强箍筋,可使两种材料的强度充分发挥,不仅增加了梁的剪切延性,而且提高了梁的受剪承载力;高强箍筋高强混凝土梁的受剪承载力仍可采用我国现行混凝土结构设计规范公式进行计算,但是对于高强混凝土无腹筋梁、纵筋配筋率低的梁和配有高强箍筋的普通强度混凝土梁安全度偏低。     

火灾后型钢混凝土梁受力性能试验研究

进行7个火灾后型钢混凝土梁力学性能试验,考察剪跨比、受火时间对构件破坏形态、截面应变分布、变形性能、剩余承载能力的影响。试验结果表明,火灾后型钢混凝土梁在荷载作用下的破坏形态与常温下基本相同,但是经历火灾高温作用后,型钢混凝土梁出现腹剪斜裂缝的时间提前。火灾作用后发生弯曲破坏的梁,加载初期沿截面高度的应变满足直线分布,应变分布符合平截面假定;大约80%极限荷载后,受到受压区混凝土开裂和型钢受压翼缘与混凝土之间相对滑移的影响,截面受压边缘混凝土的应变增长减缓,截面应变分布偏离直线,平截面假定不完全成立。火灾后型钢混凝土梁的荷载-跨中挠度曲线在试件屈服后都有一段不小的水平段,表明型钢混凝土梁在经历火灾作用后仍具有良好的后期变形能力;同时随着剪跨比的增大,后期变形能力增强。型钢混凝土梁经历火灾高温以后,其承载能力均有不同程度降低,试验结果和我国JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》计算结果的对比表明,在本次试验中,梁斜截面抗剪承载力的降低程度在10%～21%之间,正截面抗弯承载力降低程度在16%～19%之间。     

钢筋混凝土预损伤梁的火灾行为相似性研究

为研究不同比例钢筋混凝土预损伤梁火灾行为的相似性,在已有缩尺模型明火试验的相似理论基础上,对不同几何尺寸比例的3根钢筋混凝土无损梁和9根因经历常温静载试验而产生不同程度预损伤的梁开展明火试验。试验结果表明：采用热辐射模型确定不同比例梁明火试验的升温曲线,可以较好地实现不同比例梁在相应时间点截面温度分布相似;明火试验前形成的宽度在2 mm以下的裂缝对不同比例梁温度场的相似性影响不大,仅影响局部混凝土温度,明火试验前梁上已有的残余变形对其耐火极限影响不大;将不同比例梁受火时间的相似比由几何比例的平方调整为几何比例的1.8次方,可以实现预损伤程度相同的不同比例钢筋混凝土梁挠度变化以及耐火极限相似,从而实现由缩尺模型梁的火灾下力学行为预测足尺原型梁的火灾力学行为。     

Similarity on fire behavior of reinforced concrete beams with pre-damage

为研究不同比例钢筋混凝土预损伤梁火灾行为的相似性，在已有缩尺模型明火试验的相似理论基础上，对不同几何尺寸比例的3根钢筋混凝土无损梁和9根因经历常温静载试验而产生不同程度预损伤的梁开展明火试验。试验结果表明：采用热辐射模型确定不同比例梁明火试验的升温曲线，可以较好地实现不同比例梁在相应时间点截面温度分布相似；明火试验前形成的宽度在2 mm以下的裂缝对不同比例梁温度场的相似性影响不大，仅影响局部混凝土温度，明火试验前梁上已有的残余变形对其耐火极限影响不大；将不同比例梁受火时间的相似比由几何比例的平方调整为几何比例的1.8次方，可以实现预损伤程度相同的不同比例钢筋混凝土梁挠度变化以及耐火极限相似，从而实现由缩尺模型梁的火灾下力学行为预测足尺原型梁的火灾力学行为。     

火灾下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

为分析钢筋混凝土梁在火灾过程中的温度分布、结构变形非线性变化过程,在三组不同条件下对火灾后钢筋混凝土梁构件内部传热及变形过程进行全过程仿真。基于钢筋混凝土热工特性、温度-应变-应力本构特性,分析钢筋混凝土梁在受火时的温度分布演化过程,以及配筋率、初始载荷和受火时间等参数对钢筋混凝土梁防火承载力的影响。结果表明:火灾中材料强度的降低,自重和初始载荷以及不均匀升温引起的内部应力共同作用引起了构件的整体失稳。初始载荷对梁剩余承载力的影响不大,提高混凝土中钢筋数量能有效地提高钢筋混凝土梁的防火承载力。     

火灾后钢筋混凝土梁抗剪承载力

研究火灾后钢筋混凝土梁抗剪承载力,建立了钢筋混凝土梁的非线性有限元模型,对其在火灾后的抗剪性能进行了数值模拟。有限元模型考虑了火灾作用后混凝土和钢筋的材料损伤,分析了火灾时间、剪跨比、混凝土强度、箍筋直径和箍筋间距对钢筋混凝土梁抗剪承载力和刚度的影响程度。结果表明,随着火灾时间的增加、剪跨比的增大或混凝土强度的下降,火灾后钢筋混凝土梁的抗剪承载力和刚度均明显下降。随着箍筋直径的下降或箍筋间距的增大,火灾后钢筋混凝土梁的抗剪承载力下降,而刚度变化较小。     

高温后钢筋混凝土梁剩余承载性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土简支梁试件和3根常温对比梁试件的静力试验,研究受火时间、剪跨比、配箍率、楼板翼缘对钢筋混凝土梁剩余受剪性能和剩余受弯性能的影响。利用有限元程序,分析ISO 834标准升降温全过程对混凝土梁截面内各点最高过火温度的影响,提出了三面受火后钢筋混凝土梁受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温作用使梁的受弯承载力和受剪承载力降低、挠度增大;楼板翼缘对梁的受弯承载力具有一定的提高作用,但对受剪承载力影响不大;降温段对截面内部混凝土曾经历的最高过火温度影响较大,梁截面宽度250 mm、高度400 mm的混凝土矩形截面按ISO 834标准曲线三面受火1h、2h后,是否考虑降温段可使截面内最高过火温度最大相差283、251℃;提出的高温后钢筋混凝土梁受剪承载力计算式具有一定的安全保证率。     

火灾后用碳纤维增强聚合板对钢筋混凝土梁的加固-试验和分析

经历火灾后，钢筋混凝土梁的承重能力和硬度都会降低，使用碳纤维增强聚合物板（CFRP）对其进行加固是一种新的加固方法。研究比较了6根钢筋混凝土梁在火灾前后的最终强度、变形、开裂和延展性。试验结果显示，材料性能的降低对火灾后梁的承载力影响巨大。探讨了如何提高钢筋混凝土梁的延展性和承载力。在采取了适当耐火保护方法后，加固结构具有了较强的抗火能力。在试验结果基础上，提出了用CFRP板对火灾后钢筋混凝土梁进行加固的方法。这种加固方法与试验结果相当吻合并具有很高的安全性。     

高温后钢筋混凝土叠合梁抗剪承载力可靠度分析

提出了一种钢筋混凝土叠合梁在高温后斜截面和叠合面抗剪承载力可靠度的分析方法。选取钢筋混凝土（RC）梁的热工参数,应用ABAQUS进行热传导分析。基于热分析结果和RC叠合梁高温后抗剪承载力计算方法,得到斜截面和叠合面的剩余承载力。基于MATLAB应用蒙特卡洛法进行可靠度分析。结果表明,受热时间对可靠度的影响显著,可靠度指标随着混凝土强度、配箍率的增大而增大,随着荷载比的增加先增大后变化不明显。常温下RC叠合梁斜截面承载力可靠度大于叠合面,但随着加热时间的增加,叠合面的抗剪能力优于斜截面。该方法可以用于火灾高温作用后RC叠合梁承载力可靠度分析,具有较高的精度和准确性。