高温后高延性混凝土的抗压性能及微观结构

为研究高温后高延性混凝土(HDC)的抗压性能,考虑温度、冷却及养护方式、静置时间三个因素设计了49组立方体试件,并测试其抗压强度。通过5组棱柱体试件的超声回弹试验,探讨HDC抗压强度、经历最高温度与超声波速和回弹值的相互关系。结果表明:温度对抗压强度影响较大,随着温度升高,抗压强度降低;温度低于200℃时,冷却方式的影响不可忽略;温度为400℃时,静置时间对自然冷却试件也有较大影响。超声回弹试验表明, HDC抗压强度与超声波速和回弹值有良好的相关性;通过回归分析,建立了高温后HDC测强曲线及推定其经历最高温度的公式。借助XRD、 SEM和热重-差热分析(TG-DSC)等试验,揭示了高温对HDC力学性能影响的微观机制。     

CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究

以混凝土经历的最高温度和CFRP布层数为参数进行了CFRP约束高温后混凝土力学性能试验研究。通过实测应力-应变曲线,研究温度和CFRP布层数对CFRP约束高温后混凝土抗压强度、极限应变和初始刚度等力学性能指标的影响规律。试验结果表明,CFRP约束显著影响了高温后混凝土受压破坏形态,并大幅度提高了高温后混凝土强度,说明CFRP约束可作为火灾后混凝土结构的一种有效的抢修与加固措施。同时,综合分析温度软化效应和CFRP约束强化效应对混凝土抗压强度的影响,CFRP约束强化效应处于主导地位。此外,在现有模型的基础上,提出了评估CFRP约束高温后混凝土力学性能的简化模型,经试验结果验证,该简化模型具有良好的精确性与实用性。     

火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验研究

采用落锤冲击试验机自行设计的高温试验炉,进行了火灾作用下钢管混凝土梁抗冲击性能试验研究。考察了受火时间、冲击能量对常温和火灾下钢管混凝土梁抗冲击性能的影响。试验测试了火灾下构件核心混凝土和钢管表面的温度、冲击力和挠度变形时程曲线以及残余挠度变形等数据。试验结果表明,火灾下钢管混凝土梁仍具有良好的抗冲击性能,构件的弯曲程度和塑性区长度随受火时间的延长而增大,随着冲击能量增大而减小;最大冲击力随受火时间的延长而减小,随冲击能量的增大而增大。研究结果可为钢管混凝土梁抗火灾倒塌性能评估和设计提供参考。     

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。     

混杂纤维自密实混凝土简支梁高温后剩余承载力试验与计算

近年来建筑火灾频发,而随着自密实混凝土在建筑工程中的广泛应用,开展自密实混凝土以及纤维自密实混凝土抗火性能的研究已变得尤为重要。针对自密实混凝土的抗火功能,研究了钢纤维、结构性PP纤维以及细PP纤维对高温作用后自密实混凝土简支梁剩余承载力的影响,并推导了一种考虑混杂纤维作用的简支梁高温后抗弯承载力计算模型,以期通过对纤维自密实混凝土构件高温后剩余承载力的量化与预测,为火灾后结构的维修和加固提供参考与依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Neural networks analysis of compressive strength of lightweight concrete after high temperatures

When concrete, one of the most important structural materials, is exposed to elevated temperatures generally strength loss is observed. Decrease ratio in the compressive strength depends on many materials and experimental factors. An artificial neural network (ANN) approach was used to model the compressive strength of lightweight and semi lightweight concretes with pumice aggregate subjected to high temperatures. Model inputs were the target temperature, pumice aggregate ratio and heating duration and the output was the compressive strength of pumice aggregate concrete. Data on the compressive strength of pumice aggregate concrete after the effects of high temperatures was obtained from a previous experimental study. The predicted values of the ANN are in accordance with the experimental data. The results indicate that the model can predict the compressive strength with adequate accuracy.     

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%。     

增大截面法加固高温损伤混凝土柱的试验研究

通过对11根三面加温(800℃)后单面加固的钢筋混凝土小偏心受压试件进行加载试验,分析了不同偏心距、不同强度混凝土加固试件的受力性能,包括试件的承载力、变形规律及破坏特征。结果表明,此类构件的受力性能与普通混凝土加固柱有着显著的差别。试验结果可为分析或设计火灾后增大截面法加固的混凝土结构提供依据。     

高强钢筋混凝土连续T形梁受火后抗弯性能试验研究与数值分析

进行了高强钢筋混凝土连续T形梁常温下和受火后的抗弯性能对比试验研究。2根对比试件进行常温下静载试验,3试件分别按照ISO 834升温曲线受火30 min、60 min和90 min,并自然冷却至室温后再进行静载试验。研究了升降温过程中截面温度场变化规律和试验梁的破坏形态,得出了受火后高强钢筋混凝土连续梁的弯曲刚度、延性系数、屈服荷载和极限荷载的劣化规律,并与常温对比试件的试验结果进行了对比分析。研究表明:在升温段,连续梁截面温度场呈现外部温度高内部温度低的层状分布规律;在降温段,温度场呈现外部温度低内部温度高的圈状分布规律。随着受火时间增加,受火后连续梁的屈服荷载和极限荷载均呈抛物线型下降;火灾后连续梁弯曲刚度显著降低,其下降程度明显大于屈服荷载和极限荷载的下降程度;受火后连续梁的延性系数也明显降低。有限元模拟分析得到的升降温截面温度场和火灾后抗弯性能结果均与试验结果吻合较好,可用于火灾后高强钢筋混凝土连续梁的鉴定评估。     

玻化微珠保温混凝土高温后性能劣化及微观结构

配制普通混凝土（NC）和玻化微珠保温混凝土（GHB/NC）,研究从常温升温至1 000℃高温后表观现象变化、质量、抗压强度损失等性能的劣化过程,同时讨论超声波无损检测法评判混凝土高温后性能的普适性,对比分析相对波速、损伤度与受热温度、抗压强度损失率的关系,利用SEM观察不同高温后试件微观结构变化。结果表明:采用相对波速、损伤度评价混凝土高温后性能具有良好相关性,回归公式拟合度较高;随温度升高,NC和GHB/NC混凝土内部损伤逐步加剧,水泥胶凝受热分解、水分散失等在试件表面和内部产生空隙、裂纹并相互贯通,玻化微珠、粗骨料与水泥石界面黏结力逐步减弱甚至丧失,造成宏观力学性能劣化,抗压强度损失率增大。升温至800℃后NC强度损失72.3%,GHB/NC强度损失74.6%,1 000℃时基本丧失承载能力。      

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。     

保水降温功能水泥混凝土铺面材料组成设计与性能研究

将水泥、粉煤灰和磨细高炉矿渣作为保水材料灌注于多孔水泥混凝土母体中,形成具有保水降温功能的铺面材料。分别提供了多孔水泥混凝土母体和保水材料的设计方法,并成型试件对保水铺面水泥混凝土材料的强度、降温效果和抗冻性进行了测试。实验结果表明设计的多孔水泥混凝土母体和保水材料均满足施工和功能要求,成型的保水降温功能水泥混凝土试件28d抗压强度和抗折强度分别能够达到27.7和38.2MPa;在最高气温为33℃的测试条件下,其表面最高温度比普通水泥混凝土降温7℃左右,但随着水分的减少降温效果变差;此外,冻融后保水降温水泥混凝土抗压强度会下降,但不明显。     

高温后混凝土在非比例加载下的双轴受压性能研究

混凝土在双向非比例加载下的受压试验研究不多。该文利用大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200℃―600℃高温后的混凝土,进行了非比例加载的双轴压试验,侧应力等级分别为0、0.2fc、0.4fc、0.6fc四种。测得了混凝土的强度及应变,并根据试验结果,系统地探讨了有侧应力作用时,混凝土在不同温度后的双轴受压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以八面体应力空间表示的混凝土在非比例加载下的双轴受压破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土复杂结构的设计、分析提供了理论依据。