使用损伤钢筋混凝土柱高温作用下受力性能试验研究与有限元分析

为研究裂缝对火灾下钢筋混凝土结构性能的影响,设计4个足尺寸钢筋混凝土偏压柱试件,以裂缝宽度ω作为损伤指标,加载使其产生ω分别为0.05、0.10、0.15、0.20mm的裂缝,继而对不同使用损伤的柱试件进行四面受火试验。试验研究表明：受火后裂缝宽度发展约为受火前10倍,深度约为受火前3倍;使用损伤愈大,柱极限耐火时间愈短。假定火灾下裂缝宽度、深度开展与受火试验升温时间成正比,采用ANSYS软件对偏压柱截面进行温度场有限元分析。结果表明：有限元分析得出的截面温度与试验实测温度有较好的拟合性;沿柱截面高度方向温度分布存在一个温度畸变平台且使用损伤越大平台越长,导致截面高温下承载力显著退化;沿柱计算长度方向各截面温度分布发生变化,有限元分析中假设沿柱计算长度方向各截面温度分布相同的结论不再适用。提出考虑损伤平台的高温下混凝土柱承载力简化计算模型,显著提高了计算精度,证明了该方法的正确性和可靠性。     

考虑海洋环境损伤的钢筋混凝土梁抗火性能试验研究

为研究海洋环境造成的侵蚀损伤对钢筋混凝土梁抗火性能的影响,以氯侵蚀产生的初始裂缝最大宽度作为损伤指标,设计5根钢筋混凝土梁试件,先进行快速氯离子侵蚀试验,使其产生最大宽度为0.05、0.10、0.15、0.20 mm的侵蚀裂缝,然后对不同损伤程度的梁进行火灾试验。结果表明:侵蚀试验中箍筋比纵筋锈蚀严重,氧气浓度显著影响侵蚀速率;火灾试验后不同试件相同位置测点升温趋势大致相同,但截面历经最高温度相差较大,最大温差达到300℃;裂缝宽度越大,试件历经最高温度越高,挠度增长越快;侵蚀损伤指标对试件抗火性能影响显著,侵蚀裂缝宽度愈大试件受弯承载力损失越大,最大下降比例达到25.6%。     

高温后钢筋混凝土梁剩余承载性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土简支梁试件和3根常温对比梁试件的静力试验,研究受火时间、剪跨比、配箍率、楼板翼缘对钢筋混凝土梁剩余受剪性能和剩余受弯性能的影响。利用有限元程序,分析ISO 834标准升降温全过程对混凝土梁截面内各点最高过火温度的影响,提出了三面受火后钢筋混凝土梁受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温作用使梁的受弯承载力和受剪承载力降低、挠度增大;楼板翼缘对梁的受弯承载力具有一定的提高作用,但对受剪承载力影响不大;降温段对截面内部混凝土曾经历的最高过火温度影响较大,梁截面宽度250 mm、高度400 mm的混凝土矩形截面按ISO 834标准曲线三面受火1h、2h后,是否考虑降温段可使截面内最高过火温度最大相差283、251℃;提出的高温后钢筋混凝土梁受剪承载力计算式具有一定的安全保证率。     

考虑海洋环境损伤的钢筋混凝土框架节点受火性能试验研究

为了研究海洋环境下锈胀裂缝对钢筋混凝土框架节点受火性能的影响,设计了5个配筋相同的足尺钢筋混凝土框架节点试件,以沿梁、柱箍筋方向裂缝宽度最大值为损伤指标,通过快速氯离子侵蚀试验模拟海洋环境下氯离子侵蚀,使4个试件产生不同宽度的锈胀裂缝,然后对4个已损伤框架节点试件以及未损伤的对比节点试件进行火灾试验。结果表明：通过快速氯离子侵蚀试验产生了横向裂缝,其位置与箍筋位置大致相同,其间距与箍筋间距大致相等;初始裂缝宽度对构件高温下的梁、柱端位移变化速率影响显著,锈胀裂缝越宽,构件高温下梁、柱端位移变化速率越快;裂缝的存在加快了热量的传输,导致截面温度场发生畸变;裂缝的存在也会提高钢筋和混凝土的升温速度,加快其力学性能退化,对构件高温下的承载力退化影响显著。     

损伤后混凝土框架结构火灾试验研究

为分析震后火灾环境下混凝土结构的反应,试验设计了3榀足尺单层单跨框架结构,以低周反复水平荷载试验模拟地震动,以框架梁、柱裂缝宽度ω为损伤指标,试件KJ1历经损伤ω=0.5 mm后进行火灾试验,KJ2历经损伤ω=0.1 mm后进行火灾试验,试件KJ3作为对比试验无损伤,直接进行火灾试验。从3榀框架结构的裂缝变化规律、框架柱轴向变形、截面温度场分布、承载力退化等方面进行了对比分析。试验结果表明：损伤后混凝土材料的热传导性能提高,相应截面所经历的最高温度也增高;框架结构的高温变形恢复能力变差,梁截面承载力下降幅度比柱截面大。最后提出了损伤指标与结构抗火性能退化之间的量化关系。     

高温后钢筋再生混凝土梁受力性能试验及承载力计算

为了研究高温后钢筋再生混凝土梁的受力性能,以再生粗骨料取代率、历经最高温度、混凝土强度、剪跨比为变化参数,设计了34个试件（其中高温后试件26个,常温对比试件8个）进行静力加载试验。观察了试件的破坏过程及其破坏形态,得到了烧失率、荷载-挠度曲线、截面应变分布、峰值荷载、峰值挠度等受力性能指标,分析各参数对其承载能力、挠度、延性、损伤等的影响。同时,对高温后钢筋再生混凝土梁受弯及受剪承载力的计算公式进行了推导。研究结果表明：高温后钢筋再生混凝土梁的破坏形态与其在常温下的相似,根据剪跨比的不同,发生了剪切斜压破坏和弯曲破坏;高温后试件的烧失率在0.44%~8.95%之间,随着温度和取代率的提高,烧失率逐渐增大;高温后钢筋再生混凝土梁的剩余承载力、峰值挠度及延性均不低于高温后普通钢筋混凝土梁;随着取代率的增大,承载力和延性呈先提高后降低的趋势,峰值挠度和损伤则逐渐增大;温度越高,承载力、峰值挠度和延性越低,损伤越重;剪跨比的增大使其承载力降低,峰值挠度增大;提高混凝土强度,能有效提高高温后再生混凝土梁的承载力,减小其峰值挠度。     

HRBF400级钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

对4根矩形截面高强钢筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合现行规范分析了构件的受力特征、正截面承载能力、裂缝和挠度.结果表明,400 MPa细晶粒高强钢筋混凝土梁的受力特征与普通钢筋混凝土梁相同,混凝土平均应变沿截面保持平面;构件实测受弯承载力和裂缝平均间距与规范计算值符合较好,仍可按现行规范进行计算;最大裂缝宽度不适宜按...     

纤维掺量和截面尺寸对钢筋混凝土矩形梁及T型梁抗剪性能的影响

通过对四组不同纤维掺量及不同尺寸的钢筋混凝土矩形梁、T型梁在对称集中荷载作用下的抗剪性能试验,对比矩形梁与T型梁、不同纤维掺量时不同翼缘尺寸的钢筋混凝土梁的抗剪性能,包括破坏形态、裂缝分布、承载力、变形、跨中纵筋应变、剪跨区斜裂缝最大宽度等,同时研究剪跨区矩形梁腹板及T型梁翼缘中的混凝土应变特性。研究表明:翼缘的存在改变了斜裂缝的发展趋势,梁的破坏形态可从剪切破坏转变为弯曲破坏;T型梁的刚度、极限剪力优于矩形梁;随着翼缘宽度或高度的增加,混杂纤维混凝土T型梁的刚度、极限抗剪承载力和对应的加载点挠度、剪力-加载点曲线下的面积呈现出增大的趋势,跨中纵筋应变、斜截面最大裂缝宽度呈现出减小的趋势;在剪跨区T型梁翼缘横截面混凝土应变符合平截面假定,T型梁翼缘混凝土应变沿宽度存在剪力滞后效应。     

玄武岩纤维筋混凝土梁正截面抗弯承载力试验研究

为了研究BFRP筋混凝土梁的抗弯性能,进行了不同配筋率和不同配筋形式BFRP筋混凝土梁的四点弯曲试验,分析了试件的跨中挠度、抗弯承载力和裂缝分布规律。结果表明:BFRP筋混凝土梁的弯矩-挠度曲线表现出试件开裂、峰值弯矩为转折点的三折线特征;BFRP筋与钢筋混合配筋梁的弯矩-挠度曲线表现出试件开裂、钢筋屈服和峰值弯矩为转折点的四折线特征;BFRP筋与钢筋混合配筋能提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力,减小BFRP筋混凝土梁的挠度和裂缝宽度,同时发挥BFRP筋强度高的特点;BFRP筋与钢筋混合配筋梁符合平截面假定,并给出了正截面抗弯承载力计算公式。     

混凝土梁柱极限挠度和裂缝宽度计算

在竖向荷载作用下,截面250mm×500mm,净跨5m的钢筋混凝土梁发生弯曲变形。混凝土开裂前钢筋混凝土协同工作,混凝土开裂后,混凝土退出工作,构件进入带裂缝工作阶段直到钢筋屈服,记录此状态下最大挠度变形和裂缝宽度;在竖向和水平荷载作用下,截面400mm×400mm,高度3m的钢筋混凝土柱发生大偏心受压,计算其最大挠度和裂缝宽度。     

初始损伤对CFRP加固混凝土梁受弯性能的影响

通过9根碳纤维布加固的具有初始损伤钢筋混凝土梁、6根碳纤维布直接加固钢筋混凝土梁及3根对比钢筋混凝土梁的抗弯性能试验，分析了初始荷载、初始裂缝及加载历史等对加固梁裂缝发展、屈服荷载、刚度、极限荷载的影响。试验结果表明，采用碳纤维布加固钢筋混凝土梁可以有效的提高其抗弯性能。初始荷载、初始裂缝及加载历史等对加固梁的裂缝发展、刚度、屈服荷载和极限荷载均有不同程度的影响。     

锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土梁采用钢板锚贴加固后的力学性能,设计了12根钢筋混凝土梁,以设计锈蚀率为10%进行电化学快速锈蚀。在锚贴钢板加固前进行预压试验,裂缝宽度控制为0.2mm。按保护层厚度分为3组,每组1根对比梁,其余3根分别按钢板厚度3、4、5mm进行锚贴钢板加固。加载对比试验研究表明:锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本符合平截面假定,正常使用性能得到明显改善,且极限承载力亦有明显提高。锚贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和裂缝延伸高度,在相同保护层和锈蚀率相近时,钢板厚度增加3~5mm导致其挠度减小,且减小幅度为13%~51%。保护层厚度对加固梁的极限承载力影响不明显。     

Post-earthquake fire performance of reinforced concrete columns

Post-earthquake fire (PEF) is a relatively frequent disaster, but its damage on reinforcement concrete (RC) members is complicated and usually affected by uncertain factors. Earthquake damage leads to the decreasing of the stress and deformation properties of structures before the fire disaster begins. Even though it is difficult to figure out the exact damage principal of the PEF structures, there are several efforts focused on it. The main innovation of this paper relates to the extent of the earthquake damage on the fire resistance of the PEF RC columns, for which there has been little study in the past. The earthquake damage of an RC structure under a shaking table test is presented first, and the simulation models of the PEF RC columns are established. Then, the temperature field analysis of the PEF RC columns exposed in ISO 834 fire curve is carried out, from which the temperature contours and curves with the different spalling forms are employed. Finally, the prediction equations of the compressive bearing capacity reduction factor of the PEF RC columns are proposed.     

Macroscopic FE model for tracing the fire response of reinforced concrete structures

A macroscopic finite element model for tracing the fire response of reinforced concrete (RC) structural members is presented. The model accounts for critical factors that are to be considered for performance-based fire resistance assessment of RC structural members. Fire induced spalling, various strain components, high temperature material properties, restraint effects, different fire scenarios and failure criteria are incorporated in the model. The validity of the numerical model is established by comparing the predictions from the computer program with results from full-scale fire resistance tests. Case studies are conducted to demonstrate the use of the computer program for tracing the response of RC members under standard and design fire exposures. Through the results of the case studies, it is shown that the fire scenario has a significant effect on the fire resistance of RC columns and beams. It is also shown that macroscopic finite element models are capable of predicting the fire response of RC structural members with an adequate accuracy for practical applications.     

锈蚀钢筋混凝土框架节点高温后抗震性能试验研究

为研究钢筋锈蚀对高温后钢筋混凝土框架节点承载力及抗震性能的影响,设计了4个钢筋混凝土框架梁-柱节点,通过快速氯离子试验使节点钢筋发生不同程度的锈蚀。对4个节点先后进行1h的火灾试验及低周反复荷载试验,获得节点各截面的温度场分布规律,研究了钢筋锈蚀率对火灾后节点承载能力、刚度、延性、耗能能力等的影响。试验结果表明：随着锈蚀率的增加,节点的承载能力、刚度、耗能能力显著降低;节点的延性整体呈下降趋势,但轻微锈蚀损伤使高温后节点延性略微增加;与未锈蚀节点相比,锈蚀钢筋混凝土节点的屈服荷载降幅为37.93%,极限荷载降幅为28.11%,核心区受剪承载力降幅为35.92%。考虑初始损伤及高温作用对混凝土材料性能的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。     

考虑轴向约束的钢筋混凝土梁高温下 竖向推覆试验

为研究轴向约束对钢筋混凝土梁高温下大变形力学性能的影响,进行了1根常温和2根高温下约束梁的竖向推覆试验。比较分析了不同升温时间对轴向约束钢筋混凝土梁测点温度、升温反应及延性和耗能等的影响; 重点研究了轴向约束钢筋混凝土梁的高温反应、破坏形态、承载能力和受力机制。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,轴向约束钢筋混凝土梁不断向下挠曲,但炉温超过800 ℃之后,挠度有所恢复; 由于受热膨胀引起的轴压力影响,高温下约束梁塑性铰区域明显缩小,其延性和耗能能力随着温度的升高而降低; 高温作用产生的初始轴压力提高了梁的峰值承载力,但随着升温时间的延长,其提高幅度低于材料劣化对梁峰值承载力的降低幅度; 初始轴压力使得高温梁在破坏前始终处于压弯机制; 研究结果可为验证和校正火灾下约束混凝土梁力学行为的数值模拟以及理论分析提供可靠的试验数据,并为进一步探讨高温下钢筋混凝土约束梁大变形时的破坏准则提供依据。