单向面内约束混凝土双向板火灾试验及承载力分析

为研究混凝土板在面内约束作用下的火灾行为,对1块面内约束混凝土双向板进行了恒载-升温条件下的火灾试验,获得了试验板沿板厚的温度场分布、钢筋温度、板挠度和平面外变形以及板角约束力等规律。基于EC2和ASCE两本构模型,采用五种理论对四块不同面内约束作用下试验板的极限承载力进行对比分析。结果表明：单向面内约束作用时,试验板板顶出现沿约束力方向的平行裂缝;与挠度相比,板在垂直约束力方向的平面内膨胀变形较大且不可忽略;面内约束作用和破坏准则对火灾下混凝土双向板极限承载力有重要影响。     

不同跨受火混凝土连续双向板火灾试验及数值分析

为研究受火跨位置和数量对三跨混凝土连续板火灾行为的影响,对三块混凝土连续板进行边跨、边中两跨和三跨火灾试验,获得了各跨炉温、混凝土和钢筋温度、变形、板角约束力和破坏模式等变化规律。基于ABAQUS软件平台,采用塑性损伤模型,对试验板温度、变形和力学机理进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:受火跨位置和数量对连续板裂缝分布、变形和破坏模式有重要影响;受火跨板底边缘出现垂直板边裂缝,受火跨板顶及其附近内支座出现平行短跨方向裂缝;受火边跨跨中竖向变形随温度升高逐渐增加,而中跨变形趋势取决于自身和边跨火灾工况。此外,数值结果表明受火跨升降温阶段弯矩机制不同;相比跨中,内支座位置弯矩绝对值较大;升降温阶段,试验板内轴力以受压为主;等效塑性拉应变最大值主要位于板顶支座和板底外边缘位置。     

分离式叠合板组合梁抗火性能研究与数值分析

为了研究分离式叠合板组合梁的火灾行为,对四块足尺分离式叠合板组合梁进行了均布荷载作用下的火灾试验。考虑了栓钉间距、后浇层厚度、预制板在钢梁上翼缘搭接长度的影响因素,研究了组合梁在受火过程中沿板厚混凝土温度场分布规律、混凝土板中钢筋温度、沿钢梁高度温度场分布规律、抗弯刚度以及叠合板与钢梁的整体工作性。并利用ABAQUS对叠合板组合梁在热力耦合作用下的温度场和变形行为进行了数值模拟分析。结果表明：升温过程中,后浇层与预制底板结合界面未发生明显破坏,仍能共同承受荷载;但由于结合界面和预制板拼缝的存在,组合梁的整体抗弯刚度明显降低;热力耦合作用下,预制板在钢梁上翼缘搭接长度对组合梁的变形能力影响显著;对比试验研究结果与数值分析结果,二者吻合良好,验证了数值分析模型的有效性与可行性。     

钢筋混凝土双向板火灾行为的数值分析

根据傅里叶热传导理论,提出蒸发阶段水分修正函数,建立改进温度场模型;结合非线性板壳理论和热弹塑性本构关系,建立了火灾下钢筋混凝土双向板的数值模型,发展现有计算程序,通过计算结果与试验结果对比,验证了模型及程序的可靠性。在此基础上,分析了火灾工况、约束作用、骨料类型、板厚和保护层厚度等参数对混凝土双向板变形行为和耐火极限的影响规律。结果表明：火灾工况、骨料类型、板厚和保护层厚度对双向板火灾行为影响较大;双向板变形行为和破坏模式对约束作用非常敏感,力学机理较为复杂。     

基于不同混凝土本构模型的混凝土双向板火灾行为分析

为考查本构模型对混凝土双向板火灾行为的影响,建立不考虑骨料类型影响的混凝土高温本构模型,编程对混凝土试验板火灾行为进行分析,验证了本构模型的有效性。在此基础上,基于EC2、ASCE和该文模型,分析本构模型、火灾工况、板厚和骨料类型等参数对混凝土双向板火灾行为的影响规律。结果表明,与EC2和ASCE模型计算结果相比,该文模型所得结果均趋于保守。     

混凝土双向板单向布置预应力钢筋的力学性能研究

介绍了单向布置预应力钢筋的混凝土双向板在荷载作用下的应力、应变。通过理论分析和有限元计算结果的比较,深入了解了两种预应力钢筋布置方式对预应力混凝土双向板工作性能的影响。结合相应指标的对比分析,从工程安全性和经济性的角度考量单向布置预应力钢筋代替双向布置预应力钢筋的可行性。     

钢框架结构中钢筋混凝土双向板火灾试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,进行了足尺三层钢框架结构中钢筋混凝土双向板在恒载-升温工况下的火灾试验。介绍了钢框架足尺模型与火灾试验炉的设计以及试验观测内容和方法。描述和分析了试验中板的裂缝开展及破坏特征。研究了双向板在受火过程中沿板厚混凝土的温度分布、钢筋的温度变化以及板的平面外和平面内的变形。结果表明：火灾作用下,沿板厚存在非线性温度场及较大的温度梯度;在荷载和温度的耦合作用下,受火板顶沿板边出现密集裂缝,最终形成圆形塑性铰线,由于结构连续性及构件间的相互作用,与受火板相邻的未受火楼板板顶也出现了规则裂缝;火灾中受火板的平面外变形基本对称,最大平面外位移发生在板中心;周边相邻未受火构件对受火板有较强的侧向约束作用,导致板边未产生向外膨胀的平面内位移,而是随板挠度的增长一直向内收缩;整体结构中钢筋混凝土双向板具有较好的抗火性能。     

四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火性能试验研究

钢筋桁架混凝土叠合楼板由预制混凝土底板、钢筋桁架及现浇混凝土后浇层组成。预制板块间设置混凝土现浇带,受力钢筋在现浇带处搭接连接,形成整体楼板。通过4块四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火试验,研究了叠合板在火和荷载耦合作用下的火灾行为,试验中考虑了不同后浇叠合层厚度和不同预制板拼装方式。结果表明:钢筋桁架混凝土叠合板在高温-荷载耦合作用下,预制底板与叠合层未产生明显脱离现象,火灾时叠合板仍具有较好的整体工作性能;板上表面沿现浇带与预制板结合面及钢筋桁架将产生纵向裂缝,最终结合面形成贯通裂缝,楼板被烧穿达到耐火极限,试验板的耐火极限均达到3 h;火灾时现浇板带板底混凝土爆裂严重,现浇带处采用搭接方式连接的钢筋外露,失去作用,双向板受力机理发生变化,形成由预制板和现浇带组成的沿预制板跨方向的单向板带,承载力大幅降低,火灾时板的剩余承载力宜按单向板计算;后浇层厚度小,预制板宽大、拼缝少,耐火极限短;钢筋桁架对保证火灾时叠合层与预制层共同工作起到关键作用。     

火灾蔓延作用下混凝土连续板力学行为试验研究与模拟

为研究火灾蔓延作用对三跨混凝土连续板力学行为影响,对四块混凝土连续板进行仅边（中）跨和三跨依次受火试验,获得各跨温度、变形、裂缝、爆裂和破坏模式等变化规律。在此基础上,对一块混凝土试验板火灾行为进行数值分析,研究了几何（非）线性和混凝土热膨胀应变对火灾蔓延作用下连续板各跨弯矩分布和薄膜机理影响规律。结果表明：混凝土板裂缝和爆裂主要出现于受火跨,非受火跨裂缝较少;板底和板顶具有完全不同裂缝分布,即板底短裂缝多出现在板边区域,板顶多为平行短跨方向通长裂缝。同时,混凝土连续板各跨跨中变形趋势取决于自身位置和火灾蔓延方向,变形最大值取决于自身受火时长和炉温。此外,数值分析表明,火灾蔓延行为对连续板各跨最大弯矩分布和拉压薄膜效应发展有重要影响;相比Lie模型,EC2模型计算结果较为合理,且几何非线性影响不可忽略。     

轴向约束高强(纤维)混凝土柱抗火性能试验研究

分别进行了ISO-834标准升温下轴向约束高强混凝土柱四面受火轴心、偏心荷载作用试验,三面受火轴心荷载作用试验;高强纤维混凝土柱四面受火和三面受火轴心荷载作用试验。得到了试件半高处截面各测点温度-时间曲线以及试件轴向位移-时间曲线、侧向位移-时间曲线、轴向约束反力-时间曲线,对试验中爆裂现象进行了分析。试验结果表明：高荷载比、高轴向约束刚度比下,高强混凝土柱初始爆裂出现较早;PP（聚丙烯）纤维的桥联作用,限制了早期爆裂的发生,熔融后形成孔道,抑制了后期爆裂;相同荷载比及受火边界条件下,荷载偏心作用降低高强混凝土柱耐火极限;三面受火条件下,柱出现向非受火面的弯曲;轴向约束条件下,受热膨胀阶段,柱中会出现附加轴力,对高强混凝土柱的初始爆裂时间有一定影响。     

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。     

带竖向接缝的空心模剪力墙受剪性能试验研究及承载力计算

对5个带竖向接缝的空心模剪力墙试件开展了拟静力试验,研究了竖向接缝的连接性能,分析了轴压比、剪跨比、空心模内水平钢筋配筋量等关键参数对竖向接缝连接性能和墙体受剪性能的影响。结果表明：墙体未发生脆性破坏,破坏位移角均大于1/100,延性系数均大于或接近5.0,具有良好的变形能力;正常使用阶段竖向接缝完好,可保证装配单元的有效连接;轴压比由0.15提高至0.25,受剪承载力提高了11.8%,但峰值位移角降低了22.5%;随着剪跨比的提高,受剪承载力显著降低;空心模内水平钢筋配筋量提高56%,受剪承载力提高了11%。提出了四单元计算模型计算墙体的受剪承载力,计算值与实验值相差均小于6.5%,计算结果偏于保守,可用于预测带竖向接缝的空心模剪力墙的受剪承载力。     

考虑受拉薄膜效应的板块平衡法修正及在混凝土双向板中的应用

经典塑性铰线理论中的板块平衡法无法考虑钢筋混凝土板在大变形时产生的受拉薄膜效应的影响。为解决这一问题,该文提出了一种可以考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法。该方法将钢筋混凝土板的受力行为分为屈服前和屈服后两个阶段。假设钢筋混凝土板在屈服前的变形为弹性,分别采用Navier法和板块平衡法确定板的屈服挠度和屈服承载力。为考虑屈服后钢筋混凝土板中产生的受拉薄膜效应,假设板底塑性铰线截面上钢筋的竖向分力为产生受拉薄膜效应的主要原因,而钢筋的水平分力则与截面上混凝土的压力组成力偶构成了钢筋混凝土板的截面抵抗弯矩。通过上述修正,可以获得由考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法计算的钢筋混凝土板的全过程荷载-挠度曲线。为验证该文方法,对大挠度足尺混凝土双向板进行了应用研究。通过对比可知,理论分析结果与试验结果较为接近,从而验证了修正板块平衡法的有效性。     

装配整体式双向孔空心模板剪力墙受剪性能试验研究

研究了一种新型装配整体式住宅产业化结构构件,即装配整体式双向孔空心模板剪力墙的受剪性能。通过1个钢筋混凝土剪力墙和5个装配整体式双向孔空心模板剪力墙的拟静力试验,研究了其破坏模式和破坏过程,分析了内部接缝、轴压比、剪跨比、水平分布钢筋等参数对其受剪性能的影响。研究表明：装配整体式双向孔空心模板剪力墙的破坏过程和破坏模式与钢筋混凝土剪力墙不同,在水平荷载作用下沿内部接缝出现宏观竖向裂缝,经历整截面墙受力到分缝剪力墙受力的过程,避免了剪切破坏,具有良好的变形能力,但是受剪承载力降低;提高剪跨比,墙体承载力降低,承载力稳定性和变形能力提高;增加轴压比提高墙体的受剪承载力和抗侧刚度;提高水平钢筋配筋率提高墙体的受剪承载力和变形能力。