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。     

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。     

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。     

相邻两面受火和三面受火混凝土矩形柱的耐火极限研究

利用高温下钢筋混凝土柱基于虚梁法的数值模拟程序RCSSCF,分析了轴压比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO834标准升温过程下相邻两面受火和三面受火钢筋混凝土矩形柱耐火极限的影响规律.针对不同轴压比、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9792种工况下相邻两面受火矩形柱的高温反应分析、11520种工况下三面受火矩形柱的高温反应分析.在计算结果的基础上,定量给出了相邻两面受火和三面受火钢筋混凝土矩形柱耐火极限的实用计算方法.研究表明:a) 严格控制轴压比是提高矩形柱耐火极限的有效措施;b) 荷载角对相邻两面受火和三面受火矩形柱的耐火极限影响较大;c) 随着轴压比的增大,相邻两面受火和三面受火矩形柱耐火极限的差异减小.     

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。     

钢筋砼十字形柱的耐火极限研究

利用数值模拟程序RCSSCF分析了荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO834标准升温作用下钢筋砼等肢十字形柱耐火极限的影响规律。针对不同荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率和配筋率共1080种工况进行了四周受火时钢筋砼等肢十字形柱的高温反应分析。在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法。研究表明:荷载角对十字形柱耐火极限影响较小;严格控制荷载比是提高十字形柱耐火极限的有效措施。     

火灾后钢管RPC柱近距离爆炸残余承载力研究

对梁-柱构件的轴向力和侧向爆炸荷载进行适当简化,提出了一种基于等效单自由度方法的近距离爆炸分析模型。首先对标准火灾和爆炸作用后的钢管活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete Filled Steel Tubular,简称钢管RPC）柱初始挠度进行估算,然后结合钢管混凝土统一理论给出残余承载力计算公式并对钢管RPC柱的爆炸损伤进行评估。通过大比例模型试验研究了标准火灾后钢管RPC柱的近距离爆炸残余承载力,分析受火时间和爆炸比例距离对残余承载力和破坏形态的影响。结果表明:理论计算结果与试验数据吻合较好,验证了该文计算模型的可靠性。钢管RPC柱的残余承载力损失范围为16%~67%,火灾和爆炸作用对钢管RPC柱承载力产生了不同程度的毁伤,且残余承载力对受火时间更为敏感。其中,仅受火105 min的钢管RPC柱承载力下降60%,而仅遭受爆炸作用的承载力下降16%;经历火灾作用再遭受爆炸荷载的钢管RPC柱承载力损失高达67%。对5根钢管RPC柱进行爆炸损伤评估: 1根为轻度破坏,2根为中度破坏,2根为重度破坏,表明钢管RPC柱具有良好的抗火性能和抗爆性能。     

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...     

Simplified approach for evaluating residual strength of fire-exposed reinforced concrete columns

An approach for evaluating residual strength of reinforced concrete (RC) columns is presented in this paper. The approach is based on the maximum temperature attained in the concrete core and rebars, and associated reduction in strength of steel and concrete. For validating the proposed approach, post-fire residual strength tests were carried out on five high strength concrete columns. The test variables included type of concrete, presence of fibers (polypropylene and/or steel) in concrete and load ratio. The columns were loaded and exposed to a design fire, allowed to cool, and then residual strength tests were carried out. Results from these fire tests indicate that high strength concrete columns retain most of their room-temperature load carrying capacity after exposure to a design fire. A comparison of residual strength predictions with measured values from tests indicates that the proposed approach is capable of predicting the residual strength of fire-exposed RC columns.     

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%。     

柱中拼装RC柱施工阶段轴压性能试验研究

完成了5个柱中拼装RC柱和2个整浇RC柱的轴压性能试验,研究拼装后浇段养护时间对试件施工阶段轴压性能的影响。试验研究表明,不同施工阶段拼装RC柱轴压性能有较大差别。后浇前,拼装RC柱轴压承载力为整浇RC柱的46.2%。后浇后,拼装RC柱轴压承载力随后浇段养护时间的增加而增加,养护28 d的试件承载力为整浇RC柱的87.9%。由于上柱段锥形界面处对后浇段的楔入挤压作用,拼装RC柱后浇段发生明显的侧向膨胀,后浇段箍筋约束作用明显,试件破坏形态有明显的塑性发展过程。对拼装RC柱轴压受力机理进行了分析,提出了拼装RC柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验吻合良好。该文成果可为装配式RC结构的工程实践提供参考。     

HPFL加固受火RC梁抗剪性能研究

 对高性能复合砂浆钢筋混凝土加固受火RC梁的抗剪承载力进行理论推导,并结合实验数据和工程实例验证理论公式的合理性．结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋强度变化的研究,考虑火灾和火灾后冷却条件对混凝土和钢筋强度及性能的影响,提出计算模型．假定钢筋和混凝土之间无相对滑移,忽略混凝土的抗拉强度,不考虑温度—应力的耦合作用,采用等效截面法得到等效截面为T形截面,以桁架 拱模型和软化桁架理论为基础,结合极限平衡原理,考虑拉应变存在条件下混凝土抗压强度的软化．分析结果表明,推导所得的计算公式与试验数据比较吻合,高性能复合砂浆钢筋网加固方法能使梁的抗剪承载力得到显著提高,能满足实际工程的应用．     

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。     

钢筋混凝土柱基于易损性曲线的地震损伤评估

为评估地震作用下结构构件的损伤程度,建立基于竖向剩余承载力的损伤指标,提出钢筋混凝土柱基于易损性曲线的地震损伤评估方法。该方法对钢筋混凝土柱采用精细化分析模型,避免单自由度体系假设,通过增量动力分析获得对数正态分布形式的易损性曲线,进行地震损伤程度评估。研究表明:所提出的地震损伤评估方法,计算简单,能有效评估钢筋混凝土柱在不同地震动强度指标下的损伤程度,为震后钢筋混凝土结构的安全评估和修复加固提供了理论依据。     

Behavior of high strength fly ash concrete columns under fire conditions

Fly ash concrete is finding increasing applications in construction; however there is lack of data on fire performance of fly ash concrete structural members. This paper presents results from fire resistance tests on fly ash concrete columns. Data generated from tests on high strength fly ash concrete columns is compared with those of conventional high strength concrete (HSC) columns. The effect of concrete type, fire exposure scenario, fly ash, and fibers in concrete mix on fire performance of fly ash concrete columns is discussed. Results from fire resistance tests show that fly ash concrete columns exhibit almost similar fire resistance to that of conventional HSC columns. Further, the addition of polypropylene fibers mitigates fire induced spalling in high strength fly ash concrete columns.     

预应力钢绞线网加固钢筋混凝土柱恢复力模型研究

基于16根采用新型预应力钢绞线网张拉锚固技术加固的钢筋混凝土柱和2根对比柱在反复荷载作用下的试验结果, 进行了恢复力模型研究。结合之前相关试验研究, 确定出材料的本构关系, 建立了预应力高强钢绞线网约束加固钢筋混凝土的应力-应变关系方程;考虑构件轴力的二次矩效应, 提出了在反复荷载下预应力加固钢筋混凝土柱骨架曲线的计算方法, 建立了相应理论模型;结合Clough滞回规则, 建立了相应的恢复力模型。研究表明:对试验的材料本构关系适当简化, 通过合理的假定, 由基本的内外力平衡方程和简单的滞回规则, 可得到构件从加载到破坏全过程与试验吻合良好的骨架曲线和滞回曲线, 由此建立的恢复力模型简单、适用, 可为预应力高强钢绞线网加固钢筋混凝土柱设计和施工提供参考。