火灾作用下钢筋混凝土梁温度场特征分析

基于Abaqus有限元软件,模拟钢筋混凝土梁三面受火作用下的温度场变化,分析了梁截面温度的分布规律,研究了混凝土保护层厚度、防火涂料厚度等关键因素对混凝土梁中受拉(压)钢筋、混凝土的温度场影响。研究表明,增加混凝土保护层厚度及防火涂料厚度均可有效提高梁的受火性能。保护层厚度增加一倍,受拉(压)钢筋温度分别下降52.5%(30.5%),防火涂料厚度增加一倍,钢筋的温度降低仅5.8%,混凝土的温度降低约16.9%。相比而言,增加混凝土保护层厚度更加经济、有效。     

高温下CFRP加固RC梁升温分布及钢筋退化分析

为了研究不同防火涂层厚度工况下CFRP加固RC梁在火灾高温下的性能退化规律,运用三维数值分析方法,计算了不同厚度防火层的梁截面温度场分布及钢筋退化情况。计算表明,截面温度场在钢筋附近形成温度集中区,无防火层时纵筋温度迅速升高,性能退化迅速;随着防火层厚度的增加,钢筋强度退化时间逐渐延长。研究成果对CFRP加固钢筋混凝土结构在高温下的力学性能、耐火极限及结构防火设计具有参考意义。     

钢筋混凝土T形截面梁温度场精确算法

研究标准升温曲线作用下混凝土T形截面梁温度场的变化,对混凝土T形截面梁进行60 min和75 min火灾试验;介绍三维、二维导热微分方程,采用有限元和有限差分的混合方法计算截面温度场,计算中考虑了混凝土、钢筋的热工性能和混凝土的水分蒸发对温度场的影响,计算结果与试验结果吻合较好。实验和计算结果表明,T形梁翼缘内的温度分布与单面受火板相似,腹板内的温度分布与三面受火矩形截面梁相似;T形截面内,腹板角部温度最高,翼缘下部腹板由侧面向核心区温度下降最快。     

碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火极限分析

编制了碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的温度场计算程序和耐火极限分析程序,通过数值分析结果与试验结果的对比,初步验证了程序的有效性。利用上述程序,针对高温下加固梁的受弯破坏形态,就不同构件跨高比、防火涂料厚度、受拉纵筋配筋率、碳纤维布加固量、混凝土保护层厚度、荷载比等共计1728种工况进行了大量计算分析,同时考察了各参数对加固梁耐火极限的影响规律。在此基础上,建立了加固梁的耐火极限简化预测方法。研究结果表明,加固梁的耐火极限随防火涂料厚度、混凝土保护层厚度和受拉纵筋配筋率的增加而逐渐增大,同时随荷载比、碳纤维布加固量和跨高比的增加而逐渐减小,其中荷载比的影响最为显著。     

火灾下混凝土柱的温度场影响分析

利用SAFIR有限元分析软件对火灾下钢筋混凝土柱的温度场进行分析和计算,探讨高温下保护层厚度、截面周长、受火时间和截面配筋率对柱截面温度场的分布规律,为进一步认识钢筋混凝土柱的高温力学性能创造条件,并为开展火灾后钢筋混凝土柱的修复加固提供理论依据。     

基于ANSYS分析有防火保护的碳纤维加固混凝土构件的温度场

在确定碳纤维加固混凝土构件防火方法的基础上,利用有限元分析软件ANSYS对火灾下有防火保护的碳纤维加固混凝土构件的温度场进行分析,并获得构件截面温度分布的规律。结果表明:碳纤维加固构件的温度场计算结果与试验结果符合较好,为进一步研究火灾下有防火保护的碳纤维加固混凝土构件的力学性能和耐火极限创造了条件。     

火灾高温作用下钢筋混凝土梁截面温度场的计算与分析

采用有限元—差分相结合的方法编制了钢筋混凝土梁构件截面内部瞬态温度场计算分析的程序,验证表明与精确解符合程度较好。并应用该分析程序进行了三面受火的混凝土矩形梁构件在不同时刻截面内部温度场的计算与分析,对计算结果也进行了对比验证,精确度较高,由此得到混凝土梁构件在各种情况下的截面温度场及其分布的特点与规律,为进一步研究钢筋混凝土梁构件的抗火性能提供了基础。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构温度场试验研究

对4榀单层单跨的圆形钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁带楼板组合框架在火灾下的温度场进行试验,研究组合框架中的钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁温度场分布的特点,并对比不同防火涂料厚度、不同梁高等情况下的温度-受火时间关系曲线。最后采用有限元方法计算了组合框架的温度场,结果表明,计算结果和试验结果总体上较为吻合。     

三面受火条件下工字钢截面的温度场分区计算

为了较准确地评估火灾条件下三面受火工字钢截面的温度分布,采用非稳态的热传导计算理论对工字钢上下翼缘与腹板进行分区,分别计算了钢构件截面各部分的温度场,综合考虑表面热阻、背火面的热损失,较精确地分析出截面各部分温度场分布.计算结果表明:钢构件各部分截面温度呈极不均匀分布,受标准火60 min和120 min时,上翼缘比截面平均温度低约57%和64%;下翼缘比截面平均温度高约13%和20%;而腹板比截面平均温度高约88%.钢结构截面各部分温差较大将会引发较大的温度应力,更高的腹板温度可能引发腹板率先破坏,在确定构件保护层厚度时应予充分重视.     

火作用下钢管约束钢筋混凝土柱温度场分析

为得到火作用下圆钢管约束钢筋混凝土柱的温度分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火作用升温条件下钢管约束钢筋混凝土柱截面温度场计算模型,分析了升温时间、含钢率、钢管直径、钢管材料类型(普通钢和耐火钢)及纵筋保护层厚度等参数对截面温度场的影响。分析结果表明,升温时间、钢管直径对截面温度场影响较大,而含钢率、钢材种类、混凝土强度以及纵筋保护层厚度对截面温度场的影响较小。基于有限元分析结果,对比了已有的ISO-834标准火作用下组合柱的温度场简化计算式,对比结果表明:已有简化计算式可较准确地计算钢管的温度,但不能较准确地计算钢筋和混凝土的温度。     

Failure modes of reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber sheet in fire

It is shown that elevated temperature may cause a change in the failure mode of reinforced concrete (RC) beams strengthened with carbon fiber sheet (CFS), as flexural failure at room temperature can be transformed into shear failure in fire. In this paper, an analysis procedure for flexural capacity and shear capacity of RC beams strengthened in flexure using CFS at high temperature is discussed and validated by test results from literatures. A parametric study is conducted for the critical situation (i.e., flexural failure and shear failure occur simultaneously in fire) of the strengthened beams with fire insulation. The influences of some parameters, such as span-to-height ratio, confinement ratio, rich degree of shear capacity, thickness of concrete cover, thickness of fire insulation, and strengthening ratio, on the tensile reinforcement ratio related to the critical situation are examined. Based on the aforementioned analysis procedure and extensive numerical results, recommendations for fire-safety design of the flexurally strengthened and insulated beams are discussed preliminarily. It is important to recognize that increasing of the thickness of fire insulation is not always good for the fire performance of the strengthened beams. To account for the adverse influence of concrete shear cracks on shear capacity of the strengthened beams exposed to fire, an additional reduction factor may be considered for the shear resistance of steel stirrups at high temperature.     

CFRP抗剪加固钢筋混凝土梁的耐火性能试验研究

采用厚型防火涂料对4根碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁和1根对比梁进行了IS0834标准升温条件下的恒载升温耐火性能试验,得到了试验梁的测点温度、位移随时间增加的分布关系.分析了不同加载方式、剪跨比、加固量和防火保护层厚度对高温下CFRP抗剪加固梁的跨中挠度、破坏形态及耐火极限的影响.试验结果表明:在相同的弯、剪富余量,相...     

Performance of insulated FRP-strengthened concrete flexural members under fire conditions

This paper presents the results of fire resistance tests on carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) strengthened concrete flexural members, i.e., T-beams and slabs. The strengthened members were protected with fire insulation and tested under the combined effects of thermal and structural loading. The variables considered in the tests include the applied load level, extent of strengthening, and thickness of the fire insulation applied to the beams and slabs. Furthermore, a previously developed numerical model was validated against the data generated from the fire tests; subsequently, it was utilized to undertake a case study. Results from fire tests and numerical studies indicate that owing to the protection provided by the fire insulation, the insulated CFRP-strengthened beams and slabs can withstand four and three hours of standard fire exposure, respectively, under service load conditions. The insulation layer impedes the temperature rise in the member; therefore, the CFRP–concrete composite action remains active for a longer duration and the steel reinforcement temperature remains below 400°C, which in turn enhances the capacity of the beams and slabs.     

CFRP加固钢筋混凝土梁耐火性能试验研究

采用厚型防火涂料和硅酸钙防火板对3根CFRP加固钢筋混凝土梁进行了不同方法的防火保护,在ISO834标准升温条件下进行耐火性能对比试验。分析了不同防火方法及端部锚固性能对高温下CFRP加固梁的温度场变化规律、跨中挠度、破坏形态及耐火极限的影响。试验研究表明:采用50mm厚防火涂料和40mm硅酸钙防火板对加固梁进行三面U型防火保护,耐火极限均可达到2.0h;提高CFRP的端部锚固性能可有效地改善加固梁的耐火性能;防火涂层中增设钢丝网片约束防火涂料、防止开裂和脱落效果明显。试验结果分析表明:CFRP加固混凝土梁防火保护的重点并非是CFRP材料本身,而是钢筋混凝土梁;可以通过延缓钢筋与混凝土材料的温度增长来推迟加固梁达到极限状态的时间,从而获得较好的耐火性能。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁耐火性能试验研究

在ISO834标准升温条件下,开展了具有端部约束的7根碳纤维布加固混凝土梁和1根未加固混凝土梁的耐火性能试验,考察了梁端轴向和转动约束、防火涂料厚度、荷载比等参数对约束梁高温变形及内力的影响。试验结果表明:约束梁的轴向变形最大值随轴向约束刚度比和防火涂料厚度增大而减小,附加轴力最大值随轴向约束刚度比增加或防火涂料厚度减小而增大,梁端附加弯矩最大值随防火涂料厚度减小而增大,但防火涂料厚度在10~20mm范围内变化时影响幅度有限;降温后约束梁的附加轴力仅少量恢复,梁端附加弯矩却较大幅度回落;与非加固梁相比,加固梁的梁端附加弯矩最大值不仅数值更小,而且出现时刻明显偏晚。     

采用地聚物粘贴碳纤维布加固混凝土梁试验研究

采用地聚物替代环氧类胶粘剂对混凝土梁进行碳纤维布加固。首先通过地聚物的拉伸剪切试验和粘贴碳纤维布的水泥砂浆试块的双剪试验,比较了不同温度下地聚物和环氧类胶粘剂的拉伸剪切强度和粘结性能;随后开展了4根碳纤维布加固混凝土梁和1根未加固混凝土梁的常温对比试验,验证了采用地聚物粘贴碳纤维布加固混凝土梁的有效性。研究结果表明：地聚物的耐高温性能明显优于环氧类胶粘剂;常温下采用地聚物粘贴单层碳纤维布加固混凝土梁的承载能力与采用环氧类胶粘剂时相差不大。     

碳纤维布加固钢筋混凝土板的耐火极限分析

编制了碳纤维布加固钢筋混凝土板的高温全过程分析程序,程序的有效性得到了试验结果的初步验证。针对不同构件尺寸、防火涂料厚度、受拉纵筋配筋率、碳纤维布加固量、混凝土保护层厚度、荷载比等共计6400种工况,进行了碳纤维布加固钢筋混凝土板的高温反应分析,考察了各主要参数对该类加固构件耐火极限的影响规律。在此基础上,建立了该类加固构件耐火极限的实用计算方法。研究结果表明：高温下碳纤维布加固钢筋混凝土板的耐火极限随板的厚度、防火涂料厚度和混凝土保护层厚度的增加逐渐增大,而随碳纤维布加固量和荷载比的增加逐渐减小;其中荷载比的影响最为显著,受拉纵筋配筋率对该类加固构件的耐火极限影响较小。     

Shear strengthening of reinforced concrete beams using various techniques

This paper presents the results of an experimental investigation for enhancing the shear capacity of reinforced concrete beams using different techniques. A total of eleven beams were tested in this program. Two series of beams were designed; in the first series, beams were designed in such a way that the strengthened beams fail in ductile flexural mode thereby avoiding the brittle shear failure. The second series of beams were designed to fail in shear mode; to assess the actual increase in shear strength by devised strengthening techniques. Two beams were kept as control beams; whereas other beams were strengthened with steel brackets, steel plates, vertical strips and externally anchored stirrups. All techniques were found effective in enhancing the shear strength of beams. However, the externally anchored stirrups were found to be the most effective. Beam strengthened using this technique failed at a load almost 117% higher than the control beam. The epoxy bonded steel plates provided an average of 72% increase in shear capacity as compared to the control beams.