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。     

预应力活性粉末混凝土梁抗火性能试验研究

活性粉末混凝土(RPC)是超高性能建筑材料,与高强预应力筋结合形成的预应力RPC梁具有显著的承载、变形和耐久性能优势,但预应力RPC梁的火灾安全性能是制约其广泛应用的关键问题之一。鉴于预应力RPC梁的火灾安全性亟待研究,以荷载水平、预应力筋保护层厚度、预应力筋类型、预应力度等为试验参数,设计制作了8个预应力RPC简支梁,开展了恒定荷载ISO 834标准升温条件下受火试验。获得了梁内温度变化、挠度 受火时间曲线、有效预应力、裂缝开展、爆裂分布及深度等试验数据,研究了火灾高温损伤演化规律和破坏模式。结果表明：干热养护可有效抑制RPC高温爆裂,受火试件保持了良好的完整性;荷载水平和预应力筋保护层厚度是影响预应力RPC梁抗火性能的关键因素,随荷载水平的减小和预应力筋保护层厚度的增大,耐火极限显著提高;荷载水平为0.5、预应力筋保护层厚度不小于45mm可满足2.0h的耐火极限要求;同等条件下有黏结预应力RPC梁的抗火性能优于无黏结预应力RPC梁;常温下按适筋梁设计的预应力RPC梁火灾下易发生少筋破坏。     

二阶段受力作用下预应力混凝土钢管桁架叠合板受力性能试验研究

为研究“二阶段受力”对预应力混凝土钢管桁架叠合板整体受力性能的影响及该新型叠合板沿预应力方向的工作性能,进行了3组共6块预应力混凝土钢管桁架叠合板静力试验,通过对比得到不同受力状态叠合板的跨中挠度、开裂荷载、裂缝分布、预应力筋及混凝土的应变等.试验结果表明:预应力混凝土钢管桁架叠合板预制底板与叠合层混凝土协同工作性能良好,叠合板在加载过程中经历了弹性和弹塑性两个阶段,“二阶段受力”效应减小了叠合板开裂荷载,增大了最大裂缝宽度.经理论分析可知,叠合板弹性阶段刚度按《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)计算值与实测值吻合较好且偏于安全,开裂后刚度按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)计算与实测值最为接近.     

预应力混凝土钢桁架叠合板受弯性能试验与理论研究

通过在预应力混凝土平板上增设钢桁架方式,提出一种预应力混凝土钢桁架叠合板,解决了现阶段其他类型叠合板用预制底板存在开裂荷载较低、临时支撑密集等问题。为研究不同桁架类型对预制底板及叠合板受弯性能的影响,对6块预制底板试件和4块叠合板试件开展了静力加载试验,得到其破坏特征、开裂荷载、挠度曲线及应变分布等。试验结果表明：钢桁架能够显著提高底板的开裂荷载,其中钢管桁架底板试件的开裂荷载最高,达到平板试件的194%以上,适用跨度最大达到9m;不同桁架类型底板试件的破坏模式存在一定差异,钢板桁架、钢管桁架和钢筋桁架预制底板的破坏特征分别为钢板屈曲、焊缝断裂及钢筋弯曲;钢桁架能显著增强底板及叠合层混凝土的整体受力及协同工作性能;桁架类型对叠合板的受弯性能影响较小,不同桁架类型叠合板的开裂荷载均相同,开裂挠度差异在10%以内。基于试验结果,建立了底板上弦失稳弯矩计算公式,并提出预制底板失效弯矩应取开裂弯矩与上弦失稳弯矩的较小值,计算值与试验值吻合较好。     

密拼接缝预应力混凝土钢管桁架叠合板试验研究

通过对8块密拼接缝预应力混凝土钢管桁架叠合板的静力加载试验,研究密拼接缝式叠合板在均布荷载下垂直预应力施加方向的整体受弯性能,并进行平截面假定验证。结果表明:预应力混凝土钢管桁架叠合板整体工作性能良好;二拼块叠合板裂缝只在跨中拼缝处出现,三、四拼块叠合板裂缝分布均匀,拼缝构造钢筋分担了横向受力钢筋的应力,尽管对开裂荷载提高作用不大,但可使裂缝分布细密均匀;极限荷载随叠合层厚度的增大而提高;密拼接缝叠合板远离拼缝处符合平截面假定。基于参数化分析得到垂直预应力方向抗弯刚度的主要影响因素有:预制底板厚度与叠合板厚度比h/H及预制底板宽度b;通过非线性曲面拟合,提出了垂直预应力方向的刚度影响系数计算式。     

铰接叠合板组合梁抗火性能试验研究

为研究铰接叠合板组合梁的抗火性能,对2个铰接足尺叠合板组合梁进行了恒载升温试验研究和数值模拟。通过试验得到了叠合板组合梁的温度分布、位移变化和破坏模式。研究结果表明：叠合板的温度分布沿板厚方向逐渐降低,距受火面40mm以下区域受火影响最为明显。叠合板与钢梁之间存在温度梯度,叠合板对钢梁上翼缘变形有约束;叠合板板顶裂缝主要沿中轴线方向开展,从两端向中间延伸,叠合板中预制底板与后浇层的叠合界面没有开裂,二者在火灾下仍能协同工作;冷却后两试件的变形恢复比例相近,表明叠合板后浇层厚度对变形恢复能力的影响小;叠合板后浇层厚度对叠合板组合梁的抗火性能影响较小。有限元模拟结果与试验结果吻合较好,利用建立的有限元模型可以对叠合板组合梁的抗火性能进行后续参数分析等研究。     

带约束预制混凝土叠合板受火后抗弯性能的试验研究

进行带约束预制混凝土叠合板常温和受火后受弯性能的对比试验,研究升降温过程中截面温度场变化和不同受火时间自然冷却后极限荷载、初始弯曲刚度和延性系数的变化规律。结果表明：未受火预制混凝土叠合板和不同受火时间自然冷却后预制混凝土叠合板均发生弯曲破坏。带约束预制混凝土叠合板升温阶段截面温度场呈受火面温度高、背火面温度低的层状分布,降温阶段温度场呈内部温度高、外部温度低的圈状分布;随着受火时间增加,极限荷载和初始弯曲刚度均呈抛物线型下降;受火自然冷却后的残余挠度也明显增大。理论分析表明,经典塑形铰线理论适用于预制混凝土叠合板未受火试件和受火后试件极限荷载的计算;截面温度场和受火后极限荷载数值模拟结果均与试验结果吻合较好,可为预制混凝土叠合板的防火设计和火灾后鉴定评估提供依据。     

HRBF500级钢筋混凝土梁受火后力学性能试验研究

以HRBF500级钢筋混凝土梁为研究对象进行了常温下和受火后细晶粒钢筋混凝土梁的力学性能试验。在不同的受火时间作用下进行了5根细晶粒钢筋混凝土梁的明火试验,自然冷却至室温,然后进行静载试验。通过试验,观察其受火破坏现象、静载破坏形态和在不同工况下混凝土梁受火后剩余承载力的变化; 进行了2根细晶粒钢筋混凝土梁常温下的静载试验,得到荷载 挠度曲线关系,并与受火后的细晶粒钢筋混凝土梁剩余承载力进行比较。试验结果表明：高温对细晶粒钢筋混凝土梁的损伤很大,受火时间、配筋率、预加荷载对混凝土梁耐火性能有影响;受火时间越长,其剩余承载力越小;配筋率越小,其火灾后的剩余承载力越小;预加荷载降低梁的剩余承载力。     

预应力混凝土空心板受火后力学性能试验研究

为比较不同受火时间后预应力混凝土空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,制作了7块预应力混凝土空心板试件,其中3块为未受火对比试件,4块为底面分别受火15 min,30 min,45 min和60 min试件,对其开展受火后力学性能的对比研究。研究结果表明：对比试件和受火试件均发生弯曲破坏;升温过程中预应力混凝土空心板跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后跨中挠度大部分可恢复,跨中残余挠度接近20 mm;受火时间大于15min时,受火后预应力混凝土空心板开裂荷载和破坏荷载均有所降低;当受火时间达到60 min时,开裂荷载和破坏荷载均急剧下降;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系;相同荷载作用下受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件;采用等效截面法计算受火后预应力混凝土空心板的承载力基本满足工程精度要求。     

预应力混凝土钢肋叠合板受弯性能试验与理论研究

预应力混凝土钢肋叠合板（PCCSSR）是一种抗弯刚度大、承载力高、加工方便的叠合楼板。PCCSSR的预制部分由预应力混凝土底板、钢腹板及混凝土上翼缘板组成。施工中首先将其预制部分作为浇筑叠合层的混凝土模板,承担施工阶段荷载,待叠合层达到强度后再整体受力。对7块足尺PCCSSR试件进行受弯试验,测得了板的荷载-挠度曲线、极限荷载、破坏模态、应变分布等。试验结果表明：PCCSSR的破坏形态为弯曲破坏,其受弯性能完全满足施工阶段要求,且具有较好的延性;与直线形钢腹板相比,波纹钢腹板具有更好的抗剪能力以及平面外刚度,可明显增大PCCSSR的抗弯刚度,使PCCSSR的整体受力性能更为优越。同时,对PCCSSR的抗裂性能、抗弯刚度和承载力进行了理论分析,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

叠合板中桁架钢筋对预制板受力性能的影响

采用混凝土叠合板可在保证结构受力性能的同时,有效地提高结构的装配率。受限于板的整体厚度和相关规范中对现浇层厚度的要求,预制层的厚度通常不能满足刚度需求。国内常采用在预制板中布置桁架钢筋的方法提高预制板刚度。然而目前却没有规范给出桁架钢筋预制板刚度的计算方法,此外,我国应用的桁架钢筋板厚度较薄,尺寸较小,刚度提升效果十分有限,采用桁架钢筋提升板的刚度可能并不经济。为此,通过跨中两点弯曲试验研究桁架钢筋对预制板受力性能的影响,并基于试验结果和理论分析,提出了预制板刚度计算方法。试验结果表明：桁架钢筋对预制板刚度的提升有限,60 mm厚桁架钢筋板的刚度可能无法满足施工要求;桁架钢筋对混凝土板有效受压面积的削弱将导致混凝土板受弯承载力明显降低,上弦钢筋的屈曲将导致预制板达到极限状态后承载力迅速下降。基于试验结果的参数分析显示,取消桁架钢筋,适当增加预制板厚度,不仅能有效提升预制板的刚度和承载力,还能降低楼板钢筋用量达26%左右。     

叠合板中桁架钢筋对预制板受力性能的影响

采用混凝土叠合板可在保证结构受力性能的同时，有效地提高结构的装配率。受限于板的整体厚度和相关规范中对现浇层厚度的要求，预制层的厚度通常不能满足刚度需求。国内常采用在预制板中布置桁架钢筋的方法提高预制板刚度。然而目前却没有规范给出桁架钢筋预制板刚度的计算方法，此外，我国应用的桁架钢筋板厚度较薄，尺寸较小，刚度提升效果十分有限，采用桁架钢筋提升板的刚度可能并不经济。为此，通过跨中两点弯曲试验研究桁架钢筋对预制板受力性能的影响，并基于试验结果和理论分析，提出了预制板刚度计算方法。试验结果表明：桁架钢筋对预制板刚度的提升有限，60 mm厚桁架钢筋板的刚度可能无法满足施工要求；桁架钢筋对混凝土板有效受压面积的削弱将导致混凝土板受弯承载力明显降低，上弦钢筋的屈曲将导致预制板达到极限状态后承载力迅速下降。基于试验结果的参数分析显示，取消桁架钢筋，适当增加预制板厚度，不仅能有效提升预制板的刚度和承载力，还能降低楼板钢筋用量达26%左右。     

单向带抗剪键叠合板的力学性能及设计方法

针对现有钢筋桁架叠合板钢筋用量多、成本偏高的不足,提出了一种新型带混凝土抗剪键的叠合板,并通过对1块现浇板和6块叠合板的静力加载试验,分析了有无抗剪键、抗剪键沿横向个数和抗剪键结构形式对叠合板力学性能的影响。采用有限元软件ABAQUS模拟了试验中部分试件的受力过程,验证了有限元模拟方法的可行性。结果表明:与无抗剪键叠合板相比,设置一定数量抗剪键的叠合板和现浇板力学性能相近; 抗剪键个数越多,叠合板的极限承载力与现浇板越接近,其破坏特征也与现浇板基本相同; 不同结构形式的抗剪键均能保证预制底板与现浇层间的有效连接; 预制底板与现浇层的接触面间采用绑定接触时有限元模拟结果与试验结果更加接近; 考虑到结构设计的可靠性,在有限元模拟过程中,当叠合板的预制底板与现浇层间设置为摩擦接触时,改变抗剪键沿横向个数、抗剪键沿纵向个数和抗剪键截面面积,叠合板的屈服荷载和屈服位移均发生变化,但当三者增加到一定程度时,变化趋势不再明显; 改变现浇层混凝土强度等级、抗剪键混凝土强度等级和接触面摩擦因数,叠合板的屈服荷载和屈服位移基本未发生变化; 建立了带抗剪键叠合板的抗弯承载力和屈服位移简化计算式。     

80mm厚新型预应力混凝土空心薄板及其叠合板试验研究

通过对80mm厚预应力混凝土空心薄板及其叠合板进行受力性能对比试验,分析了80mm厚空心薄板与其叠合板开裂荷载、极限荷载及挠度等相关结构性能参数之变化,为该类新型底板的叠合板在工程中的推广应用提供了试验依据.     

预应力混凝土简支板抗火性能试验与分析

完成了9块无粘结和1块有粘结预应力混凝土单向简支板的抗火试验。各试验板内的热电偶在火灾下的实测结果表明,温度由迎火面至背火面逐渐递减,由迎火面至背火面的温度变化梯度随离迎火面距离的增大而减小。布置于无粘结预应力筋锚固端的力传感器和试验板上的位移传感器的测试结果表明,受火初期试验板挠曲变形增长较快,无粘结预应力筋应力呈增长趋势;受火一段时间之后试验板变形增长速度有所减缓,无粘结预应力筋应力呈减小趋势,且这种趋势一直延续到停火后一段时间;停火一段时间之后,试验板有变形恢复趋势,无粘结预应力筋应力水平又有所恢复。在受火过程中试验板背火面经历了水分溢出、水蒸气形成和发展、溢出水干涸及水蒸气消失的过程。在试验炉两侧壁的观察孔观测到有6块试验板发生了爆裂,爆裂发生在预应力度较高、荷载作用水平较低的试验板的邻近支座区域。基于试验结果,试算确定了对流换热系数、辐射换热相当发射率系数、混凝土导热系数和比热的取值,应用ANSYS     

新型带可拆桁架肋叠合双向楼盖试验

为了研究新型带可拆桁架肋叠合双向楼盖的力学性能,进行了2块不同配筋形式新型叠合双向板和1块现浇双向板的静载试验,对新型叠合双向板的施工阶段进行了模拟加载试验,在未设支撑的情况下,测试了预制板在施工荷载作用下的挠度,并对比分析了试件在使用阶段的裂缝分布、破坏形态、刚度变化、挠曲变形、开裂荷载、受弯承载力、整体工作受力性能等基本力学性能。结果表明:预制板在施工阶段的挠度限值满足规范要求,桁架肋在新型叠合双向板的施工阶段起支撑作用,承担施工荷载,在施工过程中可不另设支撑; 新型叠合双向板与现浇双向板的裂缝分布、破坏形态、承载能力基本相同,开裂荷载较现浇双向板提前; 与现浇双向板相比,新型叠合双向板中叠合层和预埋件在一定程度上削弱了楼板的整体性,但影响不大; 在配筋面积基本相同的情况下,预制板内采用细钢筋可以提高叠合双向板的抗裂性能; 在使用阶段,自然粗糙面的构造措施能够较好地保证叠合面的抗剪能力,在弹性受力阶段预制板和后浇层能够协同工作,具有良好的整体性。     

薄壁钢梁-陶粒混凝土装配式组合楼板受火后受力性能研究

由冷弯薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板组成的装配式组合楼板具有轻质、高强和施工方便等优点。为研究该类组合楼板的抗火性能及高温后的受力性能,对6块遭受温度为700℃、持续90min烃类火灾升温作用的简支组合楼板试件进行受火后受力性能试验研究。结果表明：当施加的等效均布荷载达到2kN/m²时,受火作用后的组合楼板试件最大挠度小于跨度的1/400,且在加载过程中薄壁钢梁虽已明显扭曲、混凝土板多处开裂,但组合楼板试件未出现整体坍落现象;以普通栓钉为抗剪键的受火后组合楼板试件,其极限荷载比薄壁钢抗剪键组合楼板试件的提高14.2%;当用钢量相同时,主梁数量较多的组合楼板试件采用U形钢筋作为拉结件,其火灾后极限荷载比采用钢条拉结件的组合楼板试件的增加33%,且整体刚度也有所提高;该类组合楼板在受火后仍具有较高承载能力和整体刚度,且抗剪键类型、预制板之间设置的拉结件以及拉结件与抗剪键的连接方式均对其受火后的受力性能有较大的影响。引入组合效应系数可以较好地反映受火后组合楼板试件的组合效应及内部损伤程度。     

大尺寸大开间页岩陶粒混凝土双向叠合板足尺试验研究

针对目前装配式建筑中常用的钢筋混凝土叠合楼板自重较大、工厂标准化生产的预制底板规格尺寸较小的问题,提出了一种由两块预制普通混凝土大板通过一条整体式接缝拼装,并后浇轻质页岩陶粒混凝土而成的大开间叠合楼板,页岩陶粒混凝土后浇层可有效减小楼板自重,提高楼板的保温、隔热和隔声性能。通过进行叠合板足尺试件的堆载试验,研究其在竖向荷载作用下的承载力、变形特征、破坏形态及整体式接缝的传力性能。结果表明,该大开间叠合板试件在正常使用极限状态下的跨中挠度和裂缝宽度均满足相关规范要求,且表现出明显的双向板裂缝分布特征,所采用的整体式接缝具有良好的传力性能,可以作为结构楼板使用。此外,有限元模型所选取的材料本构模型和接触面设定较为合理,计算结果与试验结果吻合良好,可用于轻质混凝土叠合楼板受力性能及影响参数分析。