硅酸钙防火板保护下的CFRP加固混凝土梁耐火设计

随着CFRP在混凝土结构加固中的广泛应用,其防火问题引起关注。但是目前关于高温下CFRP加固构件的防火性能研究成果相对较少。以当前国内外相关研究成果为基础,用有限元程序对加固构件进行高温下的传热分析和力学分析,运用有限元程序在计算机上再现了防火试验的全过程。研究荷载比、CFRP加固量、防火材料厚度以及混凝土保护层厚度等因素对采用硅酸钙防火板保护的CFRP加固梁耐火极限的影响规律,并得到了不同工况下的CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火极限,为CFRP加固混凝土梁的防火设计提供了依据。     

厚型防火涂料保护下CFRP梁耐火设计

文中以当前国内外研究成果为基础,用ANSYS对加固构件进行了高温下的传热分析和力学分析,在计算机上再现了防火试验的全过程。研究了荷载比、CFRP加固量、防火材料厚度以及混凝土保护层厚度等因素对采用厚型防火涂料的CFRP加固梁耐火极限的影响规律,并得到了不同工况下的CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火极限,为CFRP加固混凝土梁的防火设计提供了依据。     

CFRP加固混凝土梁防火保护构造方法试验研究

在对采取防火保护的CFRP加固混凝土构件的耐火试验研究时,发现高温下附着在构件表面的防火保护材料有整体或局部脱落现象.因此,在实际工程中必须采取适当的构造措施防止防火材料在受火过程中脱落.分别对采取厚型防火涂料、超薄型防火涂料、防火板和普通水泥砂浆作防火保护材料的CFRP加固混凝土梁设计了相应的防止脱落的构造措施,并通过耐火试验验证了不同构造措施的可行性.     

内嵌CFRP板条加固钢筋混凝土梁的抗火性能试验研究

采用外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的钢筋混凝土结构,由于CFRP的高温力学性能较差,使得加固后的钢筋混凝土结构存在耐火性能不足的问题。相比而言,将CFRP板条嵌入被加固构件的混凝土保护层之中的嵌入式加固方法,由于外覆混凝土层的保护,CFRP板条的黏结材料可以免受外部恶劣环境、碰撞和火灾的影响,使得加固钢筋混凝土结构在理论上具有更好的抗火性能。为了深入了解内嵌CFRP板条的加固梁在高温下的力学性能,进行了9根内嵌CFRP板条加固梁和2根外贴CFRP布加固及1根未加固的对比梁的高温性能试验,通过ISO 834标准升温试验,研究了4个主要因素,即加固方法(嵌入式/外贴式)、防火保温模式(楔入/单面/三面)、防火材料(超薄型防火涂料/厚型防火涂料)和黏结剂的种类(环氧树脂/氯氧镁水泥)对梁的高温性能的影响。试验结果表明,采用适当的防火保护并选择有效的黏结材料,内嵌CFRP加固钢筋混凝土梁可以达到规范要求的耐火极限。     

内嵌CFRP加固钢筋混凝土梁的抗火性能试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)被广泛地应用于钢筋混凝土结构加固。由于碳纤维增强复合材料的高温力学性能较差,外贴CFRP加固体系存在耐火性能不足的缺点。由于锚固性能、黏结性能和延性等方面的优势,嵌入CFRP法(NSM)被越来越广泛地应用于钢筋混凝土梁的加固工程。由于外覆混凝土层和黏结材料的保护,CFRP免于暴露在外部恶劣环境之中,从而具备抵抗火灾的可能。为了了解NSM加固梁在高温下的力学性能,笔者进行了11根碳纤维加固梁和1个对比梁的ISO834标准火灾试验。研究了4个主要因素,即加固方法(嵌入式/外贴技术)、胶黏剂的种类(环氧树脂/氯氧镁水泥)、防火材料(超薄膨胀型涂料/厚型涂层)和防火保温模式(楔入/单面/三面)对梁的高温力学性能的影响。试验结果表明,采用适当的防火保护并选择有效的黏结材料,内嵌CFRP加固钢筋混凝土梁可以达到普通钢筋混凝土梁的耐火水平。该研究为嵌入CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火性能设计提供了依据和参考。     

CFRP抗剪加固钢筋混凝土梁的耐火性能试验研究

采用厚型防火涂料对4根碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁和1根对比梁进行了IS0834标准升温条件下的恒载升温耐火性能试验,得到了试验梁的测点温度、位移随时间增加的分布关系.分析了不同加载方式、剪跨比、加固量和防火保护层厚度对高温下CFRP抗剪加固梁的跨中挠度、破坏形态及耐火极限的影响.试验结果表明:在相同的弯、剪富余量,相...     

CFRP加固钢筋混凝土板耐火性能的试验研究

对3块CFRP加固钢筋混凝土板进行火灾试验,分析了破坏形态、截面温度场和挠度。结果表明:(1)无机胶粘贴CFRP加固混凝土板的耐火极限约为22min;(2)涂有防火涂料加固板的截面温度比无防火涂料的小;(3)同等防火保护下无机胶粘贴CFRP加固混凝土板的截面温度比有机胶的小很多;(4)火灾下CFRP的失效有一定突然性;(5)有防火保护的无机胶粘贴CFRP加固混凝土板耐火性能良好,暴露火灾中90min仍有良好的加固性能。     

防火保护的CFRP加固混凝土梁抗火性能分析

将CFRP和粘结CFRP所用胶黏剂作为"整体材料",建立了不同温度下CFRP-混凝土界面的等效本构关系,并运用ANSYS有限元分析程序对分别采取厚型防火涂料、超薄型防火涂料和水泥砂浆作防火保护材料的CFRP加固混凝土梁在不同工况下的抗火性能进行了分析,研究防火保护材料厚度、混凝土保护层厚度、荷载比及加固量对CFRP加固混凝土梁抗火性能的影响。结果表明,CFRP加固混凝土梁抗火性能随着荷载比和加固量的增大而降低,随着防火保护材料厚度和混凝土保护层厚度的增加而增强;相对而言,防火保护层厚度、荷载比和跨高比对CFRP加固混凝土梁耐火性能的影响较大,而加固量的影响相对较小。     

CFRP加固RC梁防火保护措施优化分析

利用ABAQUS有限元软件对3根采用不同方法进行防火保护的CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火试验进行了温度场模拟和热力耦合分析,并将模拟结果与试验结果进行对比,显示有限元模拟结果和试验结果吻合良好,并在此基础上通过改变防火保护层厚度进行了参数分析。模拟结果表明,采用8mm厚的厚型防火涂料或者15 mm厚水泥砂浆与0.5 mm厚超薄涂料组合防火保护就能保证试件在一定试验条件下满足耐火极限要求,是较经济、安全、实用性较强的防火保护方法。     

锚固装置对碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土T型梁承载力的影响

通过对带锚固装置碳纤维加强材料(CFRP)抗剪加固钢筋混凝土梁进行试验研究。共测试6根梁,其中1根为控制梁,1根为U型CFRP箍加固梁,其余4根均为带端部锚固装置的U型CFRP箍加固梁。基于试验结果,首先从破坏模式、抗剪效果等方面分析不同类型锚固装置对碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁的影响;并将试验结果与GB 50608—2010《纤维增强材料建筑工程应用技术规范》中抗剪承载力计算式进行对比,讨论该计算式的不足。     

Modeling of insulated CFRP-strengthened reinforced concrete T-beam exposed to fire

The use of Fiber Reinforced Polymer (FRP) has been established as one of the possible techniques to strengthen concrete beams in flexure and shear. Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) has been identified as the material of choice in civil infrastructure applications. The fire performance of such CFRP-strengthened members and their resistance to heat transfer and to various environmental exposure factors need to be investigated. In this paper, a detailed finite element model of a CFRP-strengthened reinforced concrete T-beam is developed. The model accounts for the variation in thermal and mechanical parameters of the beams’ constituent materials with temperature, including CFRP and insulation materials. Nonlinear time domain transient thermal-stress finite element analysis is performed using the commercial software ANSYS to study the heat transfer mechanism and deformation within the beam for fire conditions initiating at the bottom of the beam. To relate the simulation to an actual case, a reinforced concrete T-beam strengthened with CFRP and fire-tested by other investigators is modeled. The progression of temperature in the beam, CFRP, reinforcing steel, and along the CFRP–concrete interface is compared to the observed fire test data. Overall, the predicted temperature results are in good agreement with the measured ones. In addition, the mid-span deflection increases nonlinearly during the fire exposure time due to the increase in the total strain on the tension side of the beams and due to concrete cracking. Successful FE modeling of this structure provides an economical, alternative solution to expensive experimental investigations.     

The performance of near-surface mounted CFRP strengthened RC beam in fire

Carbon fiber reinforced polymers (CFRP) have been widely used in the retrofitting and strengthening of concrete structures. However, the layouts of CFRP in externally bonded (EB) strengthening system and near surface mounted (NSM) system result in the vulnerability of fire resistance. To explore the fire resistance potential of NSM-CFRP strengthening system, 15 RC beams strengthened with CFRP and 2 reference beams were loaded to failure either under the ISO834 standard fire or at ambient temperature. In test, the following factors were considered: the strengthening method (near surface mounted technique/externally bonded technique), adhesive (epoxy and magnesium-oxychloride cement), fire protection materials (thin intumescent fire retardant coating and thick fire retardant coating) and location of fire protection (local patch protection/single-sided protection/U-shaped protection). With appropriate fire protection, the RC beams strengthened with NSM-CFRP resisted the standard fire for more than 3 h at high load level. Besides the effects of the aforementioned factors, the friction stress at the CFRP/matrix interface when CFRP is in globally slipping is found playing a crucial role for the fire resistance of NSM-CFRP strengthening system. The experimental observation sheds some light on how the NSM-CFRP strips can retain the contribution at elevated temperatures and why NSM-CFRP strengthening outperforms EB-CFRP strengthening when exposed to fire.     

碳纤维布加固钢筋混凝土板的耐火性能试验研究

在ISO834标准升温条件下,进行3块设置不同防火材料的碳纤维布加固钢筋混凝土板,以及1块未加固板的耐火性能对比试验。分析不同防火措施对高温下碳纤维布加固钢筋混凝土板的破坏形态、跨中挠度及耐火极限的影响。试验结果表明:(1)只要采取适当的防火措施,在使用荷载明显增大的情况下,碳纤维布加固钢筋混凝土板仍具有与未加固板大体相当甚至更长的耐火极限;(2)与薄型防火涂料相比,水泥砂浆的防火保护效果相对较弱;(3)厚度5 mm的薄型防火涂料的防火效果相对较好。为确保实际工程中碳纤维布加固钢筋混凝土板具有足够的耐火能力,科学合理地选择防火材料及其厚度是十分重要的。     

Performance of insulated FRP-strengthened concrete flexural members under fire conditions

This paper presents the results of fire resistance tests on carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) strengthened concrete flexural members, i.e., T-beams and slabs. The strengthened members were protected with fire insulation and tested under the combined effects of thermal and structural loading. The variables considered in the tests include the applied load level, extent of strengthening, and thickness of the fire insulation applied to the beams and slabs. Furthermore, a previously developed numerical model was validated against the data generated from the fire tests; subsequently, it was utilized to undertake a case study. Results from fire tests and numerical studies indicate that owing to the protection provided by the fire insulation, the insulated CFRP-strengthened beams and slabs can withstand four and three hours of standard fire exposure, respectively, under service load conditions. The insulation layer impedes the temperature rise in the member; therefore, the CFRP–concrete composite action remains active for a longer duration and the steel reinforcement temperature remains below 400°C, which in turn enhances the capacity of the beams and slabs.     

防火隔离带对外保温材料火灾蔓延影响实验研究

为了研究防火隔离带在实际火灾环境中对外保温系统的影响,从实际应用出发,选择某住宅小区的外立面,针对建筑外保温系统使用B1、B2级保温材料时,采用实验研究三种不同点火位置下,防火隔离带对整个外墙保温材料的火灾发展过程和竖向中心线温度的影响。     

EPS模块在外墙外保温系统中的应用

从EPS模块的定义和特点、EPS模块的技术性能、EPS模块外墙外保温系统的防火构造做法及适用范围、EPS模块外墙外保温系统的科技创新点等方面介绍了EPS模块在外墙外保温系统中的应用;得出在满足耐火时限和防火安全的框架内,采用系统构造防火措施,用符合标准的可燃材料或难燃材料做外墙外保温层是可行的结论;提出我国民用建筑外保...     

CFRP布加固火灾后钢筋混凝土柱的试验研究

通过3根碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固ISO 834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的性能试验以及3根ISO 834标准火灾作用后未加固的钢筋混凝土柱和3根常温下钢筋混凝土柱的对比试验,研究了CFRP布加固火灾后钢筋混凝土柱的有效性.试验结果表明:CFRP布加固对火灾后钢筋混凝土柱的刚度修复有一定作用,但刚度提高程度有限,从开始加载到荷载达到80％极限荷载的不同加载水平下,加固后轴压试件的轴压刚度与常温下试件刚度的比值在0.25～0.39之间,偏压试件的抗弯刚度与常温下试件刚度的比值在0.14～0.31之间.CFRP布加固对火灾后试件的承载力提高作用较为显著,能将试件的承载力提高至受火后承载力的1.67～2.37倍,但与常温下试件的承载力相比,依然有一定差距,加固后试件的承载力水平为常温下试件的0.54～0.67倍.     

用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板抗火性能试验研究

针对粘贴CFRP布用有机胶软化点过低的问题,研制出600℃时强度不低于常温强度的无机胶。为探索用无机胶代替有机胶粘贴CFRP布提高加固结构抗火性能的可行性,进行了5块用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板的抗火试验。考虑到高温时CFRP布在绝氧条件下强度降低较为缓慢的特点,试验前分别选用厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料对其进行防火保护。试验板先按ISO 834标准升温曲线升温1.5h,再自然降温1.0h。各板底纵向CFRP布经历最高温度为90~300℃,火灾下跨中最大新增位移介于计算跨度的1/438~1/95。经历火灾后,CFRP布完好,无机胶与混凝土板可靠粘贴。试验结果表明:采用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板,厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料均能达到对CFRP布进行控温和绝氧的目的,前者防火效果明显优于后者;用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板采用防火涂料保护后,火灾下和火灾后CFRP布与混凝土板均可有效共同工作。