火灾后钢筋混凝土柱的剩余承载力研究

对ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的剩余承载性能及方形柱剩余承载力的实用计算方法进行了研究。结合高温后混凝土和钢筋的本构模型及虚梁法,建立了火灾作用后钢筋混凝土柱剩余承载力的数值分析模型,并编制了相应的程序CAFIRE,程序考虑了轴力的二阶效应。利用程序分析了相关参数对标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的影响规律。针对不同受火时间、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等情况,共进行了2700种工况下钢筋混凝土方形柱剩余承载力分析。在计算结果的基础上,定量给出了标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的实用计算方法。最后利用程序比较了不同受火时间后相同横截面面积、相同配筋率、不同截面形状混凝土柱的剩余承载力。     

火灾后型钢混凝土柱剩余承载力数值模拟分析

利用MSC.MARC软件对火灾后型钢混凝土柱的截面温度场及剩余承载力进行了模拟分析,数值分析结果得到了试验验证。考虑混凝土强度、长细比、含钢率、荷载偏心率、受火时间等参数,利用MSC.MARC软件对ISO834标准火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力进行了进一步计算。计算结果表明,经历ISO834标准火灾作用后,型钢混凝土柱的极限承载力显著降低,在该文参数范围内,承载力降低幅度在8.5%~45.3%变化。定义火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力与常温下型钢混凝土柱极限承载力的比值k为火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数。数值模拟分析结果表明,混凝土强度、截面含钢率、受火时间对k值的影响较大,而长细比、偏心率对k值的影响相对较小。在数值计算结果基础上,通过回归分析的方法得到了火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数k的简化计算公式,公式计算结果与数值模拟分析结果符合较好。     

火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验研究及分析

考虑受火时间、荷载比等参数的影响,对火灾后型钢混凝土框架结构的破坏形态、变形性能以及剩余承载力等火灾后性能进行了试验研究。试验结果表明:火灾后型钢混凝土框架梁出现3个塑性铰而破坏,梁端弯剪变形明显,剪压区混凝土均出现部分脱落。随着受火时间的增加,型钢混凝土框架的剩余承载力逐渐减小。同时,建立了考虑升降温及火灾后全过程的火灾后型钢混凝土框架力学性能分析模型。计算结果与试验结果对比表明,二者吻合较好。可见,提出的模型是正确的。     

某超高层混凝土结构火灾作用下的力学响应分析

火灾是高层建筑安全的主要威胁之一。建筑物在火灾作用下的力学响应是整体结构的行为,其主要特点是结构系统内受火区域子结构的刚度和承载力随火灾的发展而变化,进而引起结构体系内的内力重分布。目前,针对高层结构构件的抗火性能已有相关研究开展,而对于高层混凝土结构的整体抗火性能方面的研究还并不多见。该文采用考虑高温作用的纤维梁和分层壳模型,对某超高层建筑结构进行了整体结构的抗火分析。通过模拟超高层结构不同部位在标准升温曲线作用下的整体结构响应,比较分析了火灾作用下超高层结构的抗火性能。最后,采用Pushdown方法分析了火灾作用下结构的抗倒塌性能。     

CFRP加固火灾后混凝土短柱抗震性能的试验研究

进行了1根未受火混凝土短柱、1根火灾后混凝土短柱、1根CFRP加固未受火混凝土短柱和3根CFRP加固火灾后混凝土短柱的拟静力试验,考察了CFRP的加固量和加固方式对火灾后混凝土短柱抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固火灾后混凝土柱抗剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:外包CFRP加固可将未受火混凝土短柱的抗剪承载力提高21.8%、可将火灾后混凝土短柱的抗剪承载力提升至未受火试件的111.2%~117.1%、可提高受火前后短柱的极限变形能力和累积滞回耗能。与未受火试件相比,外包CFRP不会提高火灾后加固混凝土短柱的割线刚度。对于相同的加固量,全包CFRP柱的抗剪承载力略优于条带包裹柱。受火前、后和外包CFRP加固前、后混凝土短柱的滞回规则均类似。     

受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力研究

为研究方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后的剩余承载力,设计并制作18根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的方钢管钢筋混凝土短柱进行明火试验和承载力试验,观察试件经历火灾后的破坏形态,获取柱的极限承载力等指标。在ISO 834标准升降温曲线作用下,基于ABAQUS有限元软件建立方钢管钢筋混凝土轴压短柱温度场和火灾后力学场分析模型,分析结果得到试验结果的验证,在此基础上,利用该模型对影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的参数进行了分析。试验结果表明:受火后的方钢管钢筋混凝土短柱承载力有一定程度折减,但仍具有较高的承载能力;配置纵向钢筋对核心混凝土起到更好地约束作用,配筋率的增大对于受火后试件极限承载力的提高作用明显;影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要因素是升温时间和构件截面尺寸;在常用参数范围内,回归方钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力实用计算式。     

高温后型钢再生混凝土梁受弯研究

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)梁高温之后受弯的力学性能,通过利用ABAQUS有限元分析软件建立了高温作用后型钢再生混凝土梁受弯的有限元模拟模型,对截面温度场及剩余承载力进行分析,并和现有的有关实验数据进行对比验证。分析了受火时温度、再生粗骨料取代率、混凝土强度、型钢屈服强度、截面含钢率对剩余承载力的影响。在模型正确的基础上进行了梁工作性能,破坏模态的机理分析。结果表明:型钢再生混凝土的取代率对型钢再生混凝土的承载力有部分影响,取代率的增加可以提升再生混凝土的承载力,构件的承载力主要跟受火温度有关,受火200℃的构件承载力减低了10%~15%,受火600℃的构件承载力降低了20%~25%。该文的研究结果对高温后型钢再生混凝土的工作机理有了更深的研究。根据取代率和受火温度可以判断型钢再生混凝土梁的极限承载力的变化情况。     

四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火性能试验研究

钢筋桁架混凝土叠合楼板由预制混凝土底板、钢筋桁架及现浇混凝土后浇层组成。预制板块间设置混凝土现浇带,受力钢筋在现浇带处搭接连接,形成整体楼板。通过4块四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火试验,研究了叠合板在火和荷载耦合作用下的火灾行为,试验中考虑了不同后浇叠合层厚度和不同预制板拼装方式。结果表明:钢筋桁架混凝土叠合板在高温-荷载耦合作用下,预制底板与叠合层未产生明显脱离现象,火灾时叠合板仍具有较好的整体工作性能;板上表面沿现浇带与预制板结合面及钢筋桁架将产生纵向裂缝,最终结合面形成贯通裂缝,楼板被烧穿达到耐火极限,试验板的耐火极限均达到3 h;火灾时现浇板带板底混凝土爆裂严重,现浇带处采用搭接方式连接的钢筋外露,失去作用,双向板受力机理发生变化,形成由预制板和现浇带组成的沿预制板跨方向的单向板带,承载力大幅降低,火灾时板的剩余承载力宜按单向板计算;后浇层厚度小,预制板宽大、拼缝少,耐火极限短;钢筋桁架对保证火灾时叠合层与预制层共同工作起到关键作用。     

人工神经网络在高温后静置混凝土抗压强度预报中的应用

根据试验结果,应用人工神经网络(ANN)方法对火灾高温后静置混凝土的抗压强度进行了预报,预报值与试验值吻合良好。探讨了受火温度、高温后静置时间及冷却和养护方式对火灾高温后混凝土抗压强度的影响。此外,利用该网络模型分析了火灾高温下混凝土的抗火性能。表明该方法是可行的。     

标准火灾作用后矩形钢管混凝土柱剩余承载力的研究

通过对6个矩形截面钢管混凝土柱按ISO-834标准升温曲线升温作用后的试验，研究火灾作用后矩形钢管混凝土柱的力学性能和剩余承载力。结果表明，在本次试验参数范围内，火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重。在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力~应变关系模型的基础上，本文计算了火灾作用后矩形钢管混凝土压弯构件荷载~变形关系曲线，理论计算结果得到试验结果的验证。在分析了各参数，如火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率、构件长细比、截面高宽比和构件截面尺寸等影响的基础上，本文提出火灾作用后矩形钢管混凝土柱承载力实用计算方法。     

火灾环境下钢-混凝土组合梁力学性能试验研究

该文为研究组合梁桥在火灾环境下的基本力学性能与特征,制作具有代表性的3根缩尺梁模型:简支T形梁、简支箱形梁及连续箱形梁,利用火灾试验炉进行局部三面受火试验,并给出详细的试验方法。在试验过程中,分别观察组合梁常温下及火灾高温后的结构行为,量测火灾高温下组合梁的温度场,分析了结构的变形特点。通过对试验数据的深入分析与研究,可以发现火灾下钢-混凝土组合梁中钢梁为主要升温构件,且升温速度快,温度分布不均匀;混凝土顶板具有一定的吸热作用,但不应忽略其对钢梁升温及温度分布的影响;从实测变形看,钢-混凝土组合连续梁体系的抗火性能要优于简支梁体系。研究成果可以为组合梁桥防火灾设计与分析提供试验依据与理论参考。     

部分预制装配型钢混凝土柱火灾后偏压试验研究

通过6个试件的火灾后偏压试验以及1个试件的常温下偏压试验,对配置活性粉末混凝土外壳的部分预制装配型钢混凝土（Partially Precast Steel Reinforced Concrete,PPSRC）柱和空心预制装配型钢混凝土（HollowPrecast Steel Reinforced Concrete,HPSRC）柱的火灾及火灾后偏压性能进行了对比分析。研究了受火时间、偏心率和核心混凝土强度对PPSRC柱及HPSRC柱的火灾下内部温度分布及火灾后剩余承载力、变形能力等方面的影响,并基于试验结构,对火灾下试件截面温度场进行了数值模拟分析。试验结果表明:火灾升温过程中试件截面测点温度存在明显的温度平台,火灾后试件的活性粉末混凝土外壳未发生爆裂现象,混凝土对型钢具有较好保护作用;模拟结果表明,截面温度及温度变化幅度由表及里逐渐降低,核心混凝土受到良好保护作用,温度相对较低;在偏压荷载下,火灾后试件的偏心受压破坏过程以及破坏形态和常温下类似,剩余承载力随火灾升温时间的增长和偏心率的增大而降低,随核心混凝土强度的增大而升高,试件的延性随核心混凝土的强度增大而增大。     

火灾后型钢混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

通过4个火灾后型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点试件及2个常温未受火对比试件的低周反复加载试验,研究火灾后该类节点的滞回特性、延性、耗能性能、承载力与刚度退化规律,分析了受火时间、轴压比对火灾后该类节点的抗震性能的影响。结果表明:火灾后试件与常温未受火试件的破坏过程和破坏形态基本一致。经历火灾损伤后,型钢混凝土梁柱节点的滞回曲线仍然饱满,但试件承载力降低、变形增大、延性减弱,受火时间越长,承载力下降程度越高、变形增加程度越大、延性系数越小。反复荷载下型钢混凝土梁柱节点的强度出现衰减,加载初期的衰减系数随位移的增大而减小,加载后期的衰减系数随位移的增大总体保持稳定,体现出良好的抗荷载循环能力。与常温未受火试件相比,高温后试件加载初期的刚度降低、等效阻尼比增大,受火时间越长,刚度降低和等效阻尼比增大的程度越高。随着加载的进程,高温后试件的刚度与常温未受火时间刚度逐渐趋向一致,但等效阻尼比相比常温未受火试件减小,受火时间越长,减小程度越高。轴压比对火灾后节点的抗震性能产生一定影响,随着轴压比的增大,试件强度和刚度有所提高,但延性下降。     

自密实轻骨料混凝土的高温性能

为了保证自密实轻骨料混凝土(Self-compacting lightweight concrete,SCLC)在实际工程中的安全运用,本文分别对强度为C40和C50的自密实轻骨料混凝土试件进行了高温爆裂试验。通过测定混凝土试验前后的质量、超声波速、抗压强度和抗折强度,研究了自密实轻骨料混凝土的高温性能,并和同强度的普通混凝土、轻骨料混凝土和自密实混凝土的高温性能进行了对比。结果表明,自密实轻骨料混凝土比普通混凝土易爆裂,质量损失较大,但是高温后的超声波速和残余强度损失均小于普通混凝土。     

火灾后型钢混凝土轴压柱剩余承载力试验

进行了5个火灾后型钢混凝土柱轴心压力作用下的试验,研究长细比、混凝土强度对构件破坏形态和剩余承载能力的影响。试验结果表明,火灾后型钢混凝土轴心受压柱在荷载作用下的破坏形态与常温下基本相同,试件破坏时其内部核心型钢依然完好,不会发生局部屈曲现象。混凝土强度和长细比是影响型钢混凝土轴心受压柱火灾后承载能力的两个重要因素,当长细比相差不太大的情况下,混凝土强度高的试件,其火灾后极限承载力相对较高;在混凝土强度大致相当的情况下,随着长细比的增大,火灾后试件的极限承载力降低。利用YB规程和JGJ规程方法,对所有试件常温下的极限承载力进行了计算,结果表明在该文的试验条件下得到的火灾后型钢混凝土轴心受压柱承载能力的试验值与常温下承载力计算结果的比值在62%~71%之间,经历火灾作用后型钢混凝土轴心受压柱承载能力显著降低,火灾后的剩余承载力水平平均为常温下承载力水平的67%。     

火灾后混凝土构件的剩余刚度估计

火灾后混凝土构件的剩余刚度是混凝土结构变形性能和抗震分析的重要指标,也是火灾后混凝土构件修复和加固的重要依据之一。该文基于等效弹性模量法、改进分段模型法以及参数反演法方法等计算了标准火灾作用后混凝土构件的剩余刚度,分析了受火时间、含钢率和截面尺寸等因素对剩余刚度的影响规律。计算表明该文发展的三种方法可以方便有效地计算火...     

钢管混凝土柱火灾后剩余承载力的试验研究

通过对6个圆形截面和6个方形截面钢管混凝土柱按ISO-834和GB9978-88规定的标准升温曲线升温作用后承载力的试验研究,研究钢管混凝土柱在标准升温曲线作用后力学性能和剩余承载力的变化规律。考察了构件长细比和荷载偏心率等因素对承载力损失率的影响。研究结果表明:在本次试验参数范围内,火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重,带护保护层的构件次之。在其它条件相同的情况下,与常温下的承载力相比,长细比越大,构件火灾后承载力的损失率越高。荷载偏心率则对火灾后构件承载力的损失率影响不大。本文的研究成果可为有关钢管混凝土工程进行火灾后修复加固时提供参考。     

超高性能混凝土的火灾高温性能研究综述

超高性能混凝土(Ultra-high-performance concrete,UHPC),以其突出的优点如超高强度与超高耐久性等,符合可持续发展战略,是混凝土科技发展的主要方向之一。近年来,UHPC的火灾高温性能吸引了广泛关注。由文献综述可知,高温会引发UHPC的爆裂和力学强度变化。爆裂主要由蒸汽压机理控制,蒸汽来源于内部游离水,高的内部湿含量往往导致剧烈的高温爆裂,有效的抑制措施是掺加聚合物纤维如聚丙烯(Polypropylene,PP)纤维。关于钢纤维对UHPC抗高温爆裂性的影响,还存在争议。高温作用后UHPC的残余强度在常温至300℃或400℃范围内有所增长,而在更高的温度下则为单调下降。残余强度增长是高温促进混凝土内部的一系列化学变化所引起。最新研究发现,组合养护是有效改善UHPC火灾高温性能的新方法,可避免爆裂发生。     

自密实钢纤维轻骨料混凝土的早期性能与损伤分析

在自密实轻骨料混凝土基础之上掺入钢纤维配制出自密实钢纤维轻骨料混凝土,分析了自密实钢纤维轻骨料混凝土的抗压强度、抗拉强度等主要力学性能以及收缩、抗碳化等耐久性能,并与普通骨料自密实混凝土进行对比分析。探讨了钢纤维对于改善自密实轻骨料混凝土损伤所起的作用及其机理。结果表明:掺入钢纤维后自密实轻骨料混凝土的抗压强度增大,劈拉强度明显提高,收缩及抗碳化能力也有明显改善。与普通骨料混凝土相比,自密实钢纤维轻骨料混凝土初始裂缝的产生与发展得到有效抑制。     

基于动力测试的钢筋混凝土梁火灾损伤识别方法

为获得混凝土梁的受火损伤程度,提出了基于小波神经网络技术以等效爆火时间为指标的损伤识别新方法。首先建立了简支梁的火灾损伤识别方法,并用数值模拟对其进行了验证;然后建立了的适用于混凝土连续梁火灾损伤识别的三步定位新方法,以三跨连续梁为例对其应用进行了详细说明,数值模拟结果表明该方法准确度较高;最后设计4根足尺寸钢筋混凝土简支梁L1～L4,分别对L1～L4进行60 min、90 min、120 min、150 min的火灾试验及灾后承载力试验,实测了火灾前、后及过程中的结构模态信息及灾后荷载-位移曲线,基于修正后的精细化模型,利用前2阶不完备模态信息构造小波神经网络输入参数,等效爆火时间作为输出参数进行损伤识别,实测值与识别预测值吻合较好,验证该方法的可靠性。