受火后钢-混凝土组合梁材料性能试验研究

为研究火灾高温后组合梁桥的基本材料力学性能与特征,共制作3片具有代表性的缩尺梁模型：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案。通过受火后取样试件与未受火试件的材性试验结果对比,可以发现受火（最高温度在700～900℃）对钢板材料的屈服强度及极限强度均有一定程度的降低,降低幅度为10％～20％;而钢板材料弹性模量随温度升高略有变化,但变化值不大。火灾对混凝土强度材性的影响可以忽略不计,但对其冷却后的材料强度有一定影响,相对于常温混凝土其强度会降低5％左右。     

钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验。试验中量测了试验炉火升温过程,试件的温度和跨中挠度。通过对试验结果的分析发现:由于混凝土板有明显的阻热作用,组合梁中的混凝土板升温较慢,钢梁升温较快,导致钢梁截面温度分布不均匀;由于高温和外力共同作用下,在梁端发生混凝土抗剪破坏,而栓钉由于受到混凝土的保护,温度较低,栓钉仍能正常发挥抗剪连接作用;跨中挠度达到梁跨的1/30后,变形快速增大,随之在跨中形成一条横向贯穿混凝土楼板的主压溃裂缝,产生塑性铰并形成机构,使简支组合梁产生不适于继续承载的变形,达到破坏。     

高强外包钢-高强混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为研究静载作用下高强外包钢-高强混凝土简支组合梁的受弯性能,对5根简支梁进行跨中两点对称荷载作用下的试验,加载方式为单调静力加载。试件主要变化参数为混凝土强度、钢板强度以及组合梁截面尺寸。试验测量内容主要为竖向加载荷载、挠度、截面应变等,研究了组合梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线以及应变沿截面高度的分布。试验结果表明,试件均发生典型的弯曲破坏,高强钢与高强混凝土通过栓钉连接可以表现出良好的整体工作性能。可为高强外包钢-高强混凝土组合梁在实际工程中的应用提供试验依据。     

压型钢板-陶粒混凝土组合楼板火灾响应及火灾后受力性能试验研究

为了分析压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的火灾响应,首先对受荷条件下的2块简支陶粒混凝土组合楼板进行了火灾行为试验,得到了其火灾温度响应及位移响应。在此基础上,进一步对2块受火后的压型钢板-陶粒混凝土组合楼板进行了火灾后受力性能试验研究,并对1块具有相同参数的组合楼板开展了常温下静载试验。结果表明：在楼板内部设置焊接栓钉将减弱组合楼板的抗火性能、降低组合楼板火灾后的承载力;与未受火作用的同样规格的组合楼板相比,火灾后压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的破坏形式发生较大变化,但仍具有较高的承载力和良好的受力性能;压型钢板-陶粒混凝土组合楼板受火后为弯曲破坏,而未受火楼板则为剪切滑移破坏。     

高强U形外包钢-混凝土再生混合梁的受弯性能研究

为研究高强U形外包钢-混凝土再生混合梁受弯性能,对4组简支组合梁进行了三点对称集中加载试验。试验步骤包括材料选取、试件制作与设计、试件加载、测点布置以及试验结果与分析,结果表明:(1)4组简支组合梁受弯形态变化情况中高强U形外包钢-混凝土再生混合梁的形态破坏最轻;(2)得出4组简支组合梁抗变形能相关参数,其抗变形能力排序:试件4>试件3≥试件2>试件1。     

约束组合梁抗火试验及理论研究

处于整体结构中的构件受到相邻结构构件的约束作用,其火灾中的反应与单个构件具有明显差异。采用约束框架模拟整体结构为组合梁提供约束作用,通过2个组合梁试件研究简支组合梁和连续组合梁的火灾反应。试验表明,在整个火灾过程中,组合梁轴力、挠度及其抵抗弯距相互影响和转化,共同抵抗外荷载作用。在火灾初始阶段,组合梁轴力为压力,削弱了组合梁抗火能力;在火灾中后期,组合梁轴力发展为拉力,挠度可达跨度的1/15,产生的悬链线效应有效提高了组合梁极限抗火能力。简支组合梁和连续组合梁均发生了下翼缘屈曲,下翼缘屈曲是组合梁轴力由压力向拉力的转折点。依据功能原理建立了组合梁下翼缘屈曲的屈服线模型和计算方法,计算结果与试验结果吻合良好。     

聚丙烯纤维对混凝土高温后性能的影响

为研究聚丙烯纤维对C80高性能混凝土（简称“HPC”）的高温后劈拉强度的影响,对素C80HPC及掺加0.1%和0.2%的C80HPC进行高温试验,观察记录混凝土的爆裂情况,并对试件进行劈拉强度试验,利用红外热像仪检测C80HPC试件断面的红外温升,分析HPC的劈拉强度、红外温升与受火温度的关系。结果表明,在C80HPC中掺入0.1%的聚丙烯纤维可以抑制爆裂的发生;HPC的劈拉强度均随受火温度的升高而不断下降,掺入聚丙烯纤维会降低HPC的劈拉强度;建立的受火温度与红外平均温升、劈拉强度的回归方程可用于火灾后HPC的火灾温度、剩余强度的鉴定及后期建筑恢复。     

钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁受力性能试验研究

完成了8个钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁试件的静力试验,对组合梁受力性能进行了研究。试验中详细考察了钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁在不同名义剪跨比、不同栓钉布置形式下的受力过程、裂缝发展、破坏形态和型钢、钢板与混凝土应变发展过程、跨中弯矩与跨中挠度以及型钢与组合板端部滑移发展情况;根据对试验结果与现行规范所建议方法计算结果的对比分析,提出了钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁的受弯承载能力以及受剪承载能力计算方法。研究结果表明,钢-闭口型压型钢板轻骨料混凝土组合梁试件的破坏形态主要表现为弯曲剪切破坏,组合梁具有较好的承载能力和延性,在80%Pu后,组合梁界面才表现出明显的滑移现象,截面不满足平截面假定。研究还表明,即使组合梁试件按照我国现行规范计算所得连接程度较小时,也具有较高的受弯承载能力。同时,为考察组合梁动力特性,对8个组合梁试件的前三阶自振频率和阻尼比进行了试验测试,测试结果表明组合梁阻尼比较     

带钢板-混凝土组合桥面板的组合梁疲劳性能试验研究

为研究带钢板-混凝土组合桥面板的组合梁在疲劳荷载下的受力性能,对2个试件进行静力试验研究,并对6个试件进行等幅疲劳试验研究。疲劳试验试件按承受正弯矩和承受负弯矩两组类型试件分别考虑,在各组试件中均主要考察疲劳荷载上、下限值及疲劳荷载幅值等因素对带钢板-混凝土组合桥面板组合梁的疲劳破坏模式及疲劳累积损伤的影响。疲劳试验过程中对组合梁试件在各主要循环加载次数下的动挠度、残余挠度、混凝土应变、底部钢板应变、试件钢梁应变及试件受弯刚度进行试验测量和分析。疲劳试验结果表明:正弯矩组合梁试件的疲劳破坏形态为组合梁底部钢梁疲劳断裂破坏,进而受压区混凝土压碎破坏,试件疲劳寿命主要与试件疲劳应力幅有直接关系,而疲劳荷载的上、下限值对疲劳寿命影响较小;负弯矩组合梁试件在200万次循环荷载下均未发生疲劳破坏且仍具有较高承载能力和刚度,表现出了良好疲劳性能。研究成果可为该类型组合梁设计应用提供依据。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明:未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60 min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60 min和90 min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%～7.8%,满足工程精度要求。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明：未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60min和90min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%~7.8%,满足工程精度要求。     

高强钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究高强钢-混凝土组合梁在静载作用下的受弯性能,共进行了8根简支梁在跨中两点对称荷载作用下的试验。8根试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土强度等级和钢梁强度等级。加载方式为单调静力加载,试验测量内容主要为竖向加载荷载、挠度、截面应变等。试验结果表明,所有试件均发生典型的弯曲破坏,高强钢与混凝土通过栓钉连接表现出良好的整体工作性能。现行规范中的简化塑性计算方法可以较准确地预测该类型梁的极限受弯承载力。根据该塑性理论方法,对组合梁进行了参数分析,主要变化参数为混凝土强度等级和钢梁强度等级。分析表明,其他条件相同时,相比混凝土强度,钢梁强度是影响组合梁受弯承载力的主要因素。研究为高强钢在组合梁中的应用提供了试验依据。     

方钢管梁与钢筋混凝土现浇板嵌入式连接方式试验研究

为了研究方钢管梁与钢筋混凝土现浇板的一种新型连接方式,即方钢管梁采用嵌入混凝土板中一部分的连接方式,对嵌入混凝土板中方钢管上部侧面布置不同剪力连接件的11个新型方钢管梁-钢筋混凝土现浇板组合试件的抗剪性能进行了推出试验,对其中7个试件进行单调静力加载推出试验,对另外4个试件进行低周反复加载推出试验。获得了不同连接方式试件的破坏模式、承载能力及变形能力。试验结果表明,相对于常规连接方式组合梁,除了在方钢管梁侧向布置小钢板连接件的试件取得了较好的承载能力以外,其余剪力连接件组合梁的承载能力及变形能力均有所下降。     

预应力钢带加固火灾后钢筋混凝土T型梁抗剪性能研究

为研究预应力钢带加固受火后钢筋混凝土T型梁的抗剪性能,共完成了11根火灾后加固混凝土T型梁试件和1根未受火对比梁试件的试验研究,其中火灾试验在火灾试验炉中按ISO 834标准升温曲线进行。通过试验研究,着重考察预应力钢带间距、预应力钢带层数、火灾试验受火时间等关键参数对火灾后加固混凝土梁受剪破坏形态和受剪承载能力的影响规律。试验研究结果表明:不同加固度的火灾后加固试件抗剪承载能力比未受火未加固试件抗剪承载能力提高20%~50%,有效提高了火灾后混凝土梁抗剪承载能力,同时预应力钢带加固还能有效改善试件剪切破坏开裂性能和变形性能,有效提高加固试件的延性性能。     

采用增强槽钢连接件的双钢板-混凝土组合梁受弯性能研究

为了解决常规双钢板-混凝土组合结构整体性不足的问题,提出了一种采用增强槽钢连接件的双钢板-混凝土组合结构。为研究该组合结构受弯性能,对6根采用增强槽钢剪力连接件的双钢板-混凝土组合梁开展四点弯曲试验。研究参数为核心混凝土种类(超高性能混凝土及普通混凝土)、剪跨比、钢板厚度及连接件间距。试验结果表明：合理控制距厚比和剪跨比,试件将呈现弯曲破坏形式,并展现出良好的延性,增加钢板厚度和核心混凝土强度,截面受弯承载力得到提升。提出了该双钢板-混凝土组合梁受弯承载力理论分析模型,与试验结果比较表明,该理论分析模型能较好计算该组合梁承载力。同时,基于ABAQUS软件建立采用增强槽钢连接件双钢板-混凝土组合梁精细化有限元分析模型,与试验结果验证表明,该分析模型能精确模拟组合梁受力性能,可为该种组合结构的设计与应用提供基础。     

简支钢板组合梁的长期和极限足尺试验

对2个简支型钢-混凝土组合梁进行足尺试验,研究其长期性能和其对极限性能的影响。试件由钢托梁和型钢-混凝土板组成,长度和横截面均相同。钢板肋与钢托梁轴线垂直,可作为组合楼板系统的次梁。根据澳大利亚规范,梁节点剪切角为0.79,按简单支撑设计。在试验过程中,一个试件始终不受荷。第2个试件受均匀恒载近4个月,而后破坏。为阻止从楼板下部流失水分,设置了压型钢板,着重研究了压型钢板引起的沿混凝土厚度方向的不均匀收缩。分别进行短期和长期推出试验,全过程测量剪力连接件的性能。建立分析模型,分析压型钢板组合梁的长期性能,并用已有试验进行验证。本方法简单方便,具有较好的实用性。     

钢—压型钢板混凝土组合梁非线性分析

用ANSYS程序对4个简支钢-压型钢板混凝土组合梁试件的受力性能进行非线性分析,在组合梁的有限元模型中,采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移;梁单元来模拟混凝土所受到的栓钉对其的局部压力;非线性材料本构模型考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性。通过与试验结果的对比分析发现该模型可以准确地模拟出钢-压型钢板混凝土组合梁的荷载-挠度曲线、交接面荷载-滑移曲线以及压型钢板组合板的开裂过程,因此,可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能。     

梁侧锚固钢板加固高温后混凝土梁受剪性能试验研究

为研究梁侧锚固钢板加固高温后受损混凝土梁的受剪性能,设计了6个混凝土梁试件,首先按照ISO 834国际标准升温曲线对其中5根混凝梁进行受火试验,然后采用梁侧锚固钢板加固,并对其进行静力试验。分析了梁侧加固钢板高度与螺栓间距对加固梁受剪承载力、延性及刚度的影响。试验结果表明：梁侧锚固钢板加固法能显著提高高温后钢筋混凝土梁的受剪承载力,并改善原混凝土梁的整体受力性能;受剪性能的加固效果随钢板高度的增大而增大,随螺栓间距的增大而减小;在梁侧锚固钢板加固梁中,钢板与混凝土存在纵向与横向滑移;螺栓间距对钢板与混凝土之间协同工作的程度影响较大。     

影响组合梁抗火性能的两个因素分析

目前火灾下钢—混凝土组合梁承载力计算一般是没有考虑压型钢板型号、边界条件等因素对组合梁抗火承载力的影响[1],本文采用有限元方法针对不同压型钢板型号、不同边界条件下的组合梁采用有限元模型进行抗火性能分析,得出了一些对组合梁抗火计算与设计有益的结果。     

高温下组合钢框架应力响应非线性分析

火灾高温对结构钢的材料性能有显著的影响,尤其是对钢结构材料的力学性能影响更加明显,因此而导致结构整体承载能力的显著变化。利用有限元软件ANSYS建立一榀两层两跨钢-混凝土组合梁和钢柱构成的组合钢框架有限元模型,对其在火灾高温下的温度分布和应力响应进行分析。结果表明,受火梁、柱截面温度非均匀分布,非线性变化;梁柱节点是组合钢框架的薄弱环节;受火组合梁内全过程为压应力,未达到屈服应力。