预应力活性粉末混凝土梁抗火性能试验研究

活性粉末混凝土(RPC)是超高性能建筑材料,与高强预应力筋结合形成的预应力RPC梁具有显著的承载、变形和耐久性能优势,但预应力RPC梁的火灾安全性能是制约其广泛应用的关键问题之一。鉴于预应力RPC梁的火灾安全性亟待研究,以荷载水平、预应力筋保护层厚度、预应力筋类型、预应力度等为试验参数,设计制作了8个预应力RPC简支梁,开展了恒定荷载ISO 834标准升温条件下受火试验。获得了梁内温度变化、挠度 受火时间曲线、有效预应力、裂缝开展、爆裂分布及深度等试验数据,研究了火灾高温损伤演化规律和破坏模式。结果表明：干热养护可有效抑制RPC高温爆裂,受火试件保持了良好的完整性;荷载水平和预应力筋保护层厚度是影响预应力RPC梁抗火性能的关键因素,随荷载水平的减小和预应力筋保护层厚度的增大,耐火极限显著提高;荷载水平为0.5、预应力筋保护层厚度不小于45mm可满足2.0h的耐火极限要求;同等条件下有黏结预应力RPC梁的抗火性能优于无黏结预应力RPC梁;常温下按适筋梁设计的预应力RPC梁火灾下易发生少筋破坏。     

大直径高强预应力钢绞线与混凝土粘结锚固性能试验

为研究大直径、高强预应力钢绞线与混凝土及灌浆料的粘结锚固性能,以相对锚固长度、相对保护层厚度和箍筋间距为参数,对30个拉拔试件、3根钢铰梁试件进行试验研究,获得了拉拔试件、梁式试件的粘结应力-滑移曲线等数据。试验结果表明:各参数相同条件下,梁式试验得到的粘结应力小于拉拔试验得到的粘结应力;随着锚固长度的增加,极限粘结应力有所下降;相对保护层厚度越大极限粘结强度越大;减小箍筋间距能提高钢绞线与混凝土的粘结性能。     

高强钢筋部分预应力混凝土梁疲劳性能研究

通过对采用HRB600钢筋作为非预应力筋的有粘结与无粘结部分预应力混凝土梁进行静载试验和疲劳试验,分析了部分预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下的跨中挠度、HRB600钢筋应变、预应力钢绞线应力的变化特点以及疲劳荷载作用对承载力与HRB600钢筋应变的影响。结果表明:HRB600钢筋作为非预应力筋的部分预应力混凝土试件的疲劳性能以及疲劳后静力性能良好,预应力钢绞线的抗疲劳性能良好;HRB600非预应力钢筋的力学性能稳定且变形恢复性能良好;疲劳荷载作用对有粘结试件中预应力钢绞线与混凝土的黏结作用有较大影响。     

预应力混凝土空心板受火后力学性能试验研究

为比较不同受火时间后预应力混凝土空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,制作了7块预应力混凝土空心板试件,其中3块为未受火对比试件,4块为底面分别受火15 min,30 min,45 min和60 min试件,对其开展受火后力学性能的对比研究。研究结果表明：对比试件和受火试件均发生弯曲破坏;升温过程中预应力混凝土空心板跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后跨中挠度大部分可恢复,跨中残余挠度接近20 mm;受火时间大于15min时,受火后预应力混凝土空心板开裂荷载和破坏荷载均有所降低;当受火时间达到60 min时,开裂荷载和破坏荷载均急剧下降;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系;相同荷载作用下受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件;采用等效截面法计算受火后预应力混凝土空心板的承载力基本满足工程精度要求。     

圆形钢管混凝土叠合构件抗冲击性能试验研究

开展了钢管混凝土叠合试件落锤冲击系列试验,研究了横向落锤冲击荷载下圆形钢管混凝土叠合试件的破 坏模态、整体变形和局部变形特点,将钢管混凝土叠合试件与钢管混凝土试件、钢筋混凝土试件在横向冲击荷载 下的破坏模态进行对比。分析了冲击力、轴力和跨中挠度时程曲线的特征,研究了冲击能量、轴力和钢管厚度等 参数对圆形钢管混凝土叠合试件在横向冲击荷载作用下力学性能的影响规律。研究结果表明,管外钢筋混凝土部 件与核心钢管混凝土部件能够协调互补、共同工作,叠合试件表现出良好的抗冲击性能。在该试验的参数范围内 ,随着冲击能量的增加,冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;预加轴压力试件的冲击力峰值较大、 冲击力平台值较小;钢管厚度较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较 短。     

受火后冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板受弯性能试验研究

为比较不同受火时间后的力学性能,进行了7块冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板的对比试验研究,其中3块未受火对比试件,4块底面分别受火20 min、40 min、60 min和80 min试件.研究结果表明,对比试件和受火试件均发生弯曲破坏.升温过程中预制空心板跨中挠度随受火时间显著增加,熄火自然冷却后受火20 min和40 min的试件跨中挠度可恢复;而受火试件60 min和80 min的试件跨中残余挠度接近15 mm.随着受火时间延长,受火后预制空心板开裂荷载、极限荷载和初始弯曲刚度均明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系.受火后预制空心板跨中截面变形基本符合平截面假定,相同荷载作用下受火后试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件.     

高温(火灾)对无粘结部分预应力混凝土梁抗弯性能的影响

对预加载的无粘结部分预应力混凝土梁的高温(火灾)性能进行了试验研究,受热温度分别为250,450和650℃,加载试验分别在高温下和冷却后进行。研究结果表明,高温将使无粘结部分预应力混凝土梁的预应力发生改变。在升温的初始阶段,预应力筋的预应力有少量增长,当温度达到一定水平时,预应力才开始下降;高温使得无粘结部分预应力混凝土梁刚度下降,但冷却会使无粘结部分预应力混凝土梁的挠度得到一定程度的恢复;随着温度的升高,无粘结部分预应力混凝土梁的极限预应力和极限挠度增量的变小,高温后加载的试验梁的极限应力增量和极限挠度增量比高温下加载的试验梁要大;随着温度的升高,无粘结部分预应力混凝土梁的开裂荷载和极限荷载呈下降趋势,但高温中梁的开裂荷载、极限荷载值均低于高温后的梁。     

重复荷载作用下无粘结部分预应力高强混凝土梁正常使用阶段性能研究

通过26根无粘结部分预应力高强混凝土梁,研究了影响裂缝宽度及裂缝闭合和变形的主要因素,将无粘结部分预应力高强混凝土梁在使用荷载作用下的受力状态转化为偏心受压构件的受力状态,求解非预应力筋的应力,然后采用现有规范裂缝宽度计算公式来求无粘结部分预应力高强混凝土梁的裂缝宽度,并建立了重复荷载作用下的无粘结部分预应力高强混凝土梁裂缝宽度计算公式;应用名义拉应力建立了闭合弯矩计算公式.将预应力筋和非预应力筋对无粘结梁跨中最大挠度的影响,用无粘结配筋指标和综合配筋指标之比η和换算配筋率αpρ这两个参数来反映,并且采用与国内有关规范相一致的直接双直线法,建立了任意荷载作用下的无粘结部分预应力高强混凝土梁变形计算公式.计算结果与试验结果吻合较好.     

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。     

煤矸石基地质聚合物混凝土梁高温性能研究

首先制备干粉激发煤矸石基地质聚合物混凝土，基于此，采用有限元方法研究了煤矸石基地质聚合物混凝土梁的高温特性。建立了不同截面尺寸煤矸石基地质聚合物梁的有限元模型，研究了地质聚合物混凝土梁不同高温作用下的温度分布和变形；在不同高温工况下，研究了不同混凝土保护层厚度对地质聚合物混凝土梁的开裂荷载和极限荷载变化的影响规律；揭示了煤矸石基地质聚合物混凝土梁在高温时的变形、承载能力等特性的变化规律。研究表明：高温下混凝土梁底层和侧面的保护层厚度对内部钢筋的升温均有影响；温度升高，梁跨中的挠度增大，且增大截面尺寸可以有效降低高温时梁构件的变形。混凝土保护层厚度对梁的开裂荷载和极限荷载均有影响，增大保护层厚度对于提高高温后梁的承载力的作用是积极的，地质聚合物混凝土梁的截面尺寸越大，高温下梁的开裂荷载和极限荷载越大。     

预应力再生混凝土叠合梁受弯性能试验研究

为研究无黏结预应力再生混凝土叠合梁构件的受弯性能,以再生混凝土在叠合梁中的位置、叠合层高度、构件的配筋率为参数,对1根预应力普通混凝土整浇梁、1根预应力再生混凝土整浇梁和6根预应力再生混凝土叠合梁构件进行弯曲加载试验,分析了试验梁构件的受力过程和破坏形态,探讨了各参数对试验梁构件极限承载力的影响.基于试验数据,对承载力...     

城市隧道混凝土墙火灾行为数值模拟研究

为探究火灾作用下城市隧道混凝土墙的火灾行为规律,用有限元软件ABAQUS 建立三维混凝土墙数值模型,对其结构温度场分布进行数值模拟,分析得到墙体厚度、保护层厚度、火灾荷载比等因素对墙体变形的影响规律。结果表明：在火灾高温作用下,城市隧道混凝土墙受火面温度迅速升高,且由于混凝土的热惰性,内部会形成较大的温度梯度;混凝土墙体单面受火时的挠度变化规律可分为三个阶段,且火灾高温作用引起材料性能急剧劣化造成的截面中和轴偏移是影响墙体挠度变化的主要原因;混凝土墙体厚度、保护层厚度及火灾荷载比等因素对混凝土墙的火灾行为及其耐火性能均有一定影响,同时墙体挠度随火灾持续时间的增加而增大。     

预应力轴压撑杆钢柱高温性能试验研究与数值分析

为研究预应力轴压撑杆钢柱的高温性能，进行了2根预应力撑杆钢柱高温试验。试验结果表明：拉索无防火措施时，其相对张力在初始升温阶段就迅速下降，直至完全松弛；预应力撑杆钢柱的轴向变形先由于热膨胀效应轴向伸长，而后在压力作用下轴向压缩；临界状态时，撑杆柱出现对称和反对称两种失稳形态。采用验证后的ANSYS有限元分析模型，考虑材料非线性、几何非线性和初始缺陷等，分析了荷载比、相对轴向刚度比和预应力比等3个关键参数对预应力撑杆柱高温性能的影响，得到了一系列拉索相对张力、侧向变形和轴向变形分别与时间的关系曲线。分析表明：预应力撑杆柱中拉索张力很快在高温下逐渐松弛，达到张力松弛所需时间主要受预应力比影响；预应力撑杆钢柱的侧向变形在升温初期缓慢增长，在失效前增长迅速；随着荷载比增大，预应力撑杆柱侧向变形和轴向变形越来越明显，且达到峰值所需时间不断缩短；预应力比对撑杆钢柱失效临界温度影响较小，但对预应力撑杆柱的破坏形态有较大影响。     

翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁受弯性能研究

为了研究翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁的受力性能,进行了7根钢管混凝土梁的四点弯曲试验,试件的变化参数为钢管上、下翼缘厚度和混凝土强度。结果表明,钢管上下翼缘厚度之比越小,承载力极限状态下的截面中性轴越靠下,表明参与工作的混凝土越多,组合截面承载性能越好;当上下翼缘厚度之比约为1/3时,通过提高混凝土的强度能有效增大构件的受弯承载力。采用有限元软件ABAQUS对受弯试验进行了全过程模拟,得到的结果与试验结果吻合。模拟分析还表明,优化后的翼缘非等厚矩形钢管混凝土截面不仅增大了钢管分担的弯矩,同时也增加了混凝土的工作面积,两者共同作用提升了构件的受弯承载力,当含钢率约为0.2时,承载力相较于等壁厚构件可提升15%以上。在平截面假定的基础上推导了翼缘非等厚矩形钢管混凝土组合截面受弯承载力的解析表达式,并探讨了对构件截面的优化问题,特别对含钢率较高的高强混凝土构件,优化截面的承载力提高效果显著。研究结果表明,翼缘非等厚矩形钢管混凝土梁具有良好的承载性能和变形性能。     

预应力轴心受拉钢构件高温性能试验及理论研究

进行了3根预应力轴心受拉钢构件高温试验研究。试验结果表明，高温下预应力轴心受拉构件中内置拉索和钢管所承受荷载比例随温度的变化而不断变化。升温初期拉索张力随温度升高不断增大，预应力轴心受拉钢构件轴向位移平稳发展，在达到峰值后，拉索张力随升温时间的延长而不断降低。在临界状态下，轴向位移增长很快， 预应力受拉构件中拉索均被拉断，外部钢管发生不同程度的颈缩现象。在试验结果的基础上，建立了预应力轴心受拉钢构件的有限元分析模型，得到了高温作用下预应力轴心拉杆中拉索张力和预应力钢杆轴向位移的时程全曲线。参数分析的结果表明：在其他条件相同时，预应力轴心受拉钢构件失效时的临界温度随着荷载比的增加而降低；当预应力比小于08时，预应力比对预应力轴心受拉钢构件失效时的临界温度的影响较小，当预应力比等于08时，预应力轴心受拉钢构件失效时的临界温度显著的提高；在其他条件相同时，预应力轴心受拉钢构件失效的临界温度随约束刚度比的增大而增大。最后对高温下预应力轴心受拉钢构件进行了理论分析，推导出预应力轴心受拉钢构件高温下差分计算方法，并以此为基础编写程序。通过计算结果与试验结果的对比，证明了差分计算方法的正确性。     

Analytical behavior of eccentrically loaded concrete encased steel columns subjected to standard fire including cooling phase

A nonlinear 3-D finite element analysis (FEA) model was developed to predict the behavior of eccentrically loaded concrete encased steel (CES) columns subjected to ISO-834 standard fire including heating and cooling phases. The finite element model has been validated against published tests conducted at elevated temperatures. Comparisons between the predicted results and the test results show that this model can accurately predict the behavior of CES columns under fire. The FEA model was then used to investigate the typical temperature-time curve and mid-height lateral deformation-time curve of eccentric compression CES columns in a complete loading history including initial loading, heating and cooling. It is shown that the temperature delay is obvious at the inner layers of concrete. The fire resistance of a CES column should be checked for the full process of fire exposure until temperatures everywhere in the column start to decrease. The lateral deformation of the column still gradually increases during the cooling phase and the column may fail during that phase. There is a large residual deformation after the fire exposure. Furthermore, the variables that influence the behavior of the CES columns under fire were investigated in parametric studies. It is found that the main parameters which influence the lateral deformation-time curve of the column during the full process of fire exposure are load ratio, slenderness ratio, duration time, depth to width ratio and steel ratio, and the main parameters which influence the residual deformation ratio of the column after fire are load ratio, duration time, cross-sectional depth and steel ratio.     

海洋环境下预应力混凝土桥梁耐久性分析与设计

为了研究海洋环境下氯离子侵蚀引起的混凝土结构耐久性行为,在重点考虑材料、环境、混凝土应力水平以及表层对流区影响的基础上,建立了预应力混凝土氯离子侵入扩散模型;随后,基于预应力混凝土桥梁结构耐久性失效的特点,提出了以预应力筋临界锈蚀作为耐久性极限状态的标志;并在各随机变量统计分析的基础上,采用Monte-Carlo方法研究了不同水胶比、不同保护层厚度时的可靠指标变化情况,得出了给定目标可靠指标下预应力筋的最小保护层厚度。相关研究成果可以为工程设计提供一定参考。     

预应力高强混凝土梁抗震性能试验研究

对三根混凝土强度等级为C80,纵筋为1860级钢绞线和HRBF500级钢筋的预应力混凝土梁进行低周反复加载试验,在此基础上对其抗震性能进行分析和研究。结果表明,预应力高强混凝土梁的破坏状态为受压区混凝土压碎,受拉钢筋和钢绞线均未拉断;由于高强混凝土脆性较大的特点,试件在反复荷载作用下破坏较为突然,承载力退化较快;试件的滞回环较饱满,有一定的耗能能力;试件的屈服强度和极限强度随换算配筋率的增大而增加,延性系数则随换算配筋率的增大有所减小。试验所采用的中等配筋率的预应力高强混凝土梁,在低周反复荷载下有一定的变形能力;预应力高强混凝土梁有较好的变形恢复能力;较小的预应力强度比有利于提高预应力混凝土构件的耗能能力。     

火灾作用下锚具对预应力钢棒锚固性能退化规律研究

为研究火灾作用下锚具对预应力（PC）钢棒锚固性能退化规律,完成65组由JXM型锚具、混凝土块、抗拉强度标准值为970 MPa的φ7高强PC钢棒及反力架组成的预应力锚固系统高温性能试验,其中29组为裸露锚具高温瞬态试验,18组为裸露锚具高温稳态试验,18组为带防火保护的锚具高温瞬态试验。研究PC钢棒应力水平（0.2~0.7）、温度（20~800℃）、防火保护措施（灌浆料封锚、涂抹防火涂料、灌浆料封锚后再涂抹防火涂料）和升温速率（10.0、26.7℃/min）对锚固性能的影响。裸露锚具高温瞬态试验结果表明：高温下锚固系统破坏模式为PC钢棒在锚具中发生滑移;PC钢棒的应力水平越高、温度越高、升温速率越大,锚固系统破坏时间越短。高温稳态试验结果表明：温度低于400℃时,锚固系统破坏模式为PC钢棒被拉断,温度高于400℃时,破坏模式为PC钢棒从锚具中滑移;高温后锚具不能再使用。带防火保护的高温瞬态试验结果表明：锚固系统破坏模式为PC钢棒从锚具中滑移,防火保护不改变锚固系统的破坏模式;与无防火保护措施相比,三种保护措施下锚固系统破坏时间均提高100%以上;若将GB 14907-2002《钢结构防火涂料》关于钢结构防火涂料厚度的要求直接应用于预应力锚具防火,将偏于不安全。