小议建筑结构火灾后的检测与加固

近些年来火灾频发,建筑物遭受火灾后,除查明起火原因外,还必须对建筑物的受损程序进行详细检查。本文分析了火灾对建筑结构造成损害的机理和破坏作用,介绍了钢筋混凝土建筑结构火灾后的鉴定和检测方法,以及不同火灾损害情况建筑结构加固和修复的方法步骤。     

火灾后钢筋混凝土框架结构的受力性能分析

本文利用火灾后钢筋混凝土构件的截面弯矩－曲率恢复力骨架曲线特征参数的统计公式，采用结构工程分析中常见的杆系模型，对火灾后钢筋混凝土框架结构进行受力分析，可为灾后结构的整体强度诊断和加固分析奠定基础。     

火灾后钢筋混凝土框架结构的二阶分析

本文利用火灾后钢筋混凝土构件的截面变矩－曲率恢复力骨架曲线特征参数的统计，采用结构工程分析中常见的杆系模型，对火灾后钢筋混凝土框架结构进行二阶分析，可为灾后结构的整体强度诊断和加固分析奠定基础。     

钢筋混凝土结构的温度场

本文根据火灾下钢筋混凝土结构的特点以及火灾温度和时间的对数关系，经过合理简化给出了钢筋混凝土结构非线性瞬态问题的计算方法，并用试验予以验证。结果表明，本文给出的计算方法简单、灵活、稳定性好，精度满足要求，可用于钢筋混凝土结构的温度场分析和计算。     

火灾下钢筋混凝土梁非线性分析与寿命预测

火灾会导致钢筋混凝土性能退化,该文基于元胞自动机(Cellular Automata,CA)与纤维模型提出了一种用于火灾下钢筋混凝土梁非线性分析的方法。建立CA模型模拟了火灾中梁截面温度扩散演化过程,得到不同升温时间下截面各处的温度;引入损伤模型得到钢筋损伤因子-升温时间变化关系;将元胞自动机模型与纤维模型结合,对火灾下钢筋混凝土连续梁进行时变非线性分析。结果表明:CA模型能够有效模拟钢筋混凝土梁截面的温度扩散过程;引入的损伤模型可有效将钢筋损伤进行量化;编制的MATLAB计算程序可有效用于高温损伤后钢筋混凝土梁的非线性分析;CA模型与纤维模型的有效结合可分析钢筋混凝土梁的变形与承载力时变演化过程,并对其耐火寿命进行评估。该方法可为火灾下钢筋混凝土结构的耐火寿命预测与评估提供理论工具。     

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。     

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。     

钢筋混凝土楼板火灾反应数值计算模型

基于退化壳原理,考虑火灾下板壳截面的不均匀温度场分布而引入分层模型,同时在每分层上考虑材料在不同温度下的热力弹塑性本构关系,建立了火灾下钢筋混凝土板壳结构的有限元数值计算模型。另外,通过全拉格朗日方法考虑了大位移的几何非线性影响。最后通过一钢筋混凝土板在高温下的试验进行了验证,并分析了配筋率和保护层厚度的影响。结果表明:提出的火灾下钢筋混凝土壳单元数值计算模型的计算结果与试验结果吻合较好,可以用来分析火灾下钢筋混凝土框架结构楼板的反应。     

钢筋混凝土桥梁安全检测方法研究

本文首先论述了桥梁安全检测的概念和常用方法，然后具体论述了钢筋混凝土桥梁安全检测的内容，并从钢筋锈蚀检测方法等四个方面论述了其安全检测方法，最后论述了钢筋混凝土桥梁的安全评估方法。     

外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的试验研究

通过3根外包角钢加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的受力性能试验以及3根未加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱和3 根常温下钢筋混凝土柱的对比试验,研究了火灾后钢筋混凝土柱的性能以及外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的有效性。试验结果表明:火灾后试件的刚度退化显著,在该文的试验参数和升温条件下,从开始加载到80%极限荷载的不同加载阶段,轴压柱的轴向刚度只有常温下轴向刚度的0.22~0.37,偏压柱的弯曲刚度只有常温下弯曲刚度的0.13~0.18;外包角钢加固对火灾后试件的刚度修复有一定的效果,不同荷载水平下,加固后轴压试件的轴向刚度与常温下试件刚度的比值在0.41~0.89 之间,偏压试件的弯曲刚度与常温下试件刚度的比值在0.33~0.91 之间。火灾后试件承载能力退化严重,在该文的试验参数和升温条件下,火灾后试件的承载力水平只有常温下的0.25~0.37;利用外包角钢对火灾后的试件进行加固,能将试件的承载力提高至试件未受火时大致相当的水平,加固后试件的承载力与未受火试件承载力的比值在0.97~1.06 之间,外包钢加固对火灾后试件承载能力的修复效果十分显著。     

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%。     

HPFL加固受火RC梁二次受力正截面承载力研究

 高性能复合砂浆钢筋网(high performance ferrocement laminate, HPFL)作为一种新型的加固方式,具有防火、耐高温、施工简易等优点．为研究其加固受火钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）梁的性能,结合已有的对高性能复合砂浆钢筋网的试验研究和对受火后混凝土梁强度、弹性模量等性能的研究成果,采用ANSYS中的PLANE55单元对高温后RC梁截面的温度场进行模拟,并利用计算二台阶模型简化成等效T形截面,考虑未卸载完全下高性能复合砂浆钢筋网同原材料间的应力—应变滞后现象,计算初始荷载下待加固构件的滞后应变,在此基础上结合构件受力情况推导出高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁二次受力下的正截面承载力计算公式,将计算结果同试验数据进行比较,并给出了工程实际算例．结果表明,理论值与试验值吻合较好,采用高性能复合砂浆钢筋网加固后能提高受火RC梁的承载力,可供有关混凝土结构加固设计参考．     

受火后混凝土框架基于纤维模型的软件开发与试验验证

为了对受火后混凝土框架的残余力学性能进行有效准确的数值模拟,该文基于纤维单元模型和分层壳单元模型的思路,以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python脚本语言对其进行二次开发,建立了混凝土框架火灾受损分析系统（简称ASFCF系统）。为了验证该系统,设计了2个相同尺寸的带楼板的单层单跨空间混凝土框架,一个进行火灾试验（称为火后框架）,一个不进行火灾试验（称为常温框架）,对这两个框架中的各个梁、板构件按顺序依次进行静载破坏试验;利用ASFCF系统对两个框架分别进行非线性有限元分析,将火后框架与常温框架各个构件的模拟计算结果与试验实测数据进行对比,结果表明:二者的吻合度较高,误差均在可接受的范围之内,说明采用纤维单元模型和分层壳单元模型模拟火灾后框架结构中的梁、柱和楼板是合理有效的,采用ASFCF系统对混凝土框架进行高温后热力耦合分析的计算结果准确、可信,能够较好地用于受火后混凝土框架残余承载力的计算和评估中。     

火灾下型钢混凝土梁力学性能的研究

采用纤维模型法和有限元软件ABAQUS计算了火灾下型钢混凝土梁的变形以及耐火极限,初步了解了型钢混凝土梁的高温力学性能。在此基础上,利用纤维模型法分析了截面尺寸、截面含钢率、受拉钢筋配筋率、型钢屈服强度、钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比和钢筋的混凝土保护层厚度等参数对火灾下构件承载力的影响规律,最后提出了型钢混凝土梁耐火极限的实用计算公式。     

Application of petrographic examination techniques to the assessment of fire-damaged concrete and masonry structures

The number of building fires has doubled over the last 50 years. There has never been a greater need for structures to be assessed for fire damage to ensure safety and enable appropriate repairs to be planned. Fortunately, even after a severe fire, concrete and masonry structures are generally capable of being repaired rather than demolished.By allowing direct examination of microcracking and mineralogical changes, petrographic examination has become widely used to determine the depth of fire damage for reinforced concrete elements. Petrographic examination can also be applied to fire-damaged masonry structures built of materials such as stone, brick and mortar. Petrography can ensure accurate detection of damaged geomaterials, which provides cost savings during building repair and increased safety reassurance.This paper comprises a review of the role of petrography in fire damage assessments, drawing on a range of actual fire damage investigations.     

基于激光热激励红外热成像纤维增强聚合物复合材料加固混凝土结构界面损伤无损检测

红外热成像（IRT）检测技术常被用于纤维增强聚合物复合材料（FRP）加固混凝土板的剥离损伤无损检测。但传统热源激励IRT法受加热距离短、热灵敏度低、功耗大等因素影响较大。本文提出了基于光学激发线激光热源的IRT法对FRP加固混凝土的剥离检测方法,该方法通过控制线热束在FRP加固混凝土结构的表面形成移动扫描热激励,通过红外热像仪测量结构中的界面剥离引起的表面局部热分布异常。基于模拟和实验研究结果,证明该方法对FRP加固混凝土结构中界面剥离检测具有如下优势:利用激光扫描热成像技术检测FRP改造混凝土结构中剥离损伤的可行性;实现了FRP加固混凝土结构的远距离、高热灵敏度及低功耗的损伤检测。      

Evaluating the fire endurance of concrete slabs reinforced with FRP bars: Considerations for a holistic approach

In recent years, there has been increased interest in the use of fibre reinforced polymers (FRP) bars as flexural and shear reinforcement in concrete slabs and beams. When used in building applications, provision of appropriate fire endurance in structural members is a major safety requirement that must be considered. This paper presents an overview of experimental and numerical studies carried out on FRP-reinforced concrete slabs under standard fire conditions. The factors that are likely to influence the fire performance of FRP-reinforced concrete slabs are presented and discussed, and the development of initial design guidance for evaluating of the fire resistance of concrete slabs reinforced with FRP bars is outlined. Examples are presented for illustrating the application of existing design charts for evaluating the fire endurance of concrete slabs reinforced with FRP bars. Suggestions for further research are presented.