喷水冷却火灾后钢管混凝土界面粘结性能研究

为研究高温喷水冷却后钢管混凝土界面粘结性能,考虑混凝土强度、锚固长度、冷却方式、最高温度等变化参数,完成23 个试件在高温喷水冷却后的推出试验。观察了冷却后试件的表观变化与试验中的破坏形态,获取了荷载-滑移曲线及特征点参数,分析了界面粘结强度的影响因素,提出了界面粘结强度表达式及粘结滑移本构方程。研究表明：随历经温度升高,界面粘结强度先增后减;粘结强度与锚固长度成反比,温度越高越明显;喷水冷却后试件的粘结强度较自然冷却低,且随历经温度的升高降幅更大。     

高温消防喷水冷却后混凝土应力-应变本构方程及剩余强度评估

为了更深入地揭示高温消防喷水冷却后骨料差异对混凝土轴压性能的影响,制作了普通混凝土、高强混凝土、再生混凝土标准棱柱体试件,进行不同高温喷水冷却后的单轴压缩试验,获取了试件的应力-应变全曲线方程,对比分析了高温喷水冷却对3种混凝土试件的峰值应力、峰值应变、弹性模量等力学性能指标的影响规律差异及损伤过程。结果表明：高温喷水冷却后高强混凝土表面裂缝发展较早且较快;温度升高时,再生混凝土应力-应变曲线峰值点右移最明显,高强混凝土曲线峰值点降低最小;随着温度的升高,普通混凝土的峰值应力下降最明显,再生混凝土的峰值应变上升较大;高温喷水冷却后高强混凝土弹性模量下降最少;随着温度的升高,再生混凝土的损伤发展差异最显著且耗能量下降最少。基于试验数据,提出了不同高温喷水冷却后的不同类型混凝土单轴应力-应变本构方程及剩余强度评估计算式,其拟合效果较好。     

火伤混凝土粘结加固的剪切变形试验

为了研究火伤混凝土粘结加固后粘结面的工作性能,对大量遭受高温损伤混凝土与新混凝土的Z形粘结试件进行剪切试验,测得不同温度(20~900℃)、不同冷却方式和不同界面粗糙度情况下粘结面的剪切滑移曲线,拟合出相应的计算公式,并概括粘结面剪切滑移曲线的变形特点。     

不同冷却方式下高温混凝土性能研究

对混凝土立方体试件进行高温烧结,分析了试件外观裂缝的产生和发展,质量损失率等宏观变化。通过对高温混凝土试件在不同冷却方式下的抗压强度、劈拉强度进行力学性能试验,对比出不同冷却方式下高温混凝土的抗压强度及劈拉强度的差异和变化趋势,解释了高温混凝土强度变化的原因,拟合出对应的强度变化曲线。结果表明:高温混凝土经自然冷却后出现强度反弹迹象,在400℃达到峰值39.9 MPa;喷淋冷却使得混凝土抗压强度在500℃达到峰值36.7 MPa,在500℃后,强度高于自然冷却后的混凝土强度。劈拉强度随着温度升高持续降低,800℃时强度损失达到80%。该研究可为受高温后的混凝土结构的设计、分析提供理论依据。     

冷却方式对高温后方钢管再生混凝土黏结滑移性能的影响对比

为研究高温后不同冷却方式下方钢管再生混凝土构件黏结滑移性能的差异,以冷却方式、历经最高温度、再生粗骨料取代率为变化参数,设计并完成了24个高温冷却后方钢管再生混凝土试件的静力推出试验。通过试验观察了试件破坏过程及形态,获取了试件荷载滑移曲线,重点对比分析了不同冷却方式下,方钢管再生混凝土试件的黏结强度、剪切黏结刚度和界面耗能等重要性能指标的差异。研究结果表明,不同冷却方式下方钢管再生混凝土试件的破坏形式相近;消防喷水试件的界面黏结强度、界面剪切黏结刚度和耗能能力平均分别比自然冷却试件低25.7%、16.5%、9.3%;随历经最高温度的升高,紧箍效应使得不同冷却方式试件界面黏结强度和界面剪切黏结刚度均有升高的趋势,耗能能力随历经温度的升高均降低;随粗骨料取代率的提高,自然冷却试件的黏结强度和剪切黏结刚度均减小,消防喷水试件黏结强度减小但剪切黏结刚度先增加后减小,粗骨料取代率对耗能能力影响不大。     

地质聚合物混凝土的高温损伤特性研究

制备了地质聚合物混凝土,对经高温处理后的地质聚合物混凝土开展了准静态力学试验和超声波检测试验,分析了不同温度、不同冷却方式下地质聚合物混凝土的损伤特性。结果表明:地质聚合物混凝土的抗压强度随温度的升高而不断下降,600℃是抗压强度随温度变化曲线的拐点;随着温度的升高,损伤因子不断增大,性能逐渐劣化;冷却方式对高温后地质聚合物混凝土的损伤特性具有较大影响,相比于自然冷却方式而言,浇水冷却后试件的抗压强度降低地更为明显,声学损伤劣化加剧。由此可见,地质聚合物混凝土的损伤随温度的升高而越加严重,而且,相比于自然冷却方式而言,浇水冷却后试件的损伤劣化加剧。     

锈胀影响下钢绞线与混凝土粘结性能研究

为研究锈蚀对钢绞线与混凝土粘结性能的影响,设计制作了12根钢绞线混凝土粘结试件。通过对试件进行室内加速锈蚀及拉拔试验,得到各试件混凝土表面锈胀裂缝分布、混凝土表面应变分布及粘结应力-滑移曲线。分析了锈胀裂缝宽度对粘结应力分布、粘结强度及粘结应力-滑移关系的影响。通过拉拔试件的粘结应力与先张法试件传递长度范围内的粘结应力的关系,建立了以平均锈胀裂缝宽度为变量的钢绞线传递长度计算公式。结果表明:钢绞线粘结应力沿整个试件呈不均匀分布,粘结应力峰值随锈胀裂缝宽度的增大呈下降趋势;试件自由端产生初始滑移及最大粘结应力下的粘结强度分别随锈胀裂缝宽度的增大而下降;锈胀裂缝对粘结应力-滑移曲线的初始线性段影响显著,不同锈胀裂缝宽度试件的粘结应力-滑移曲线差异明显;传递长度计算公式可为钢绞线试件锈胀开裂下的传递长度计算提供参考。     

冷却方式和高温对混凝土劈裂抗拉强度影响

高温下混凝土结构在消防射水扑救时的力学性能会严重恶化,特别是其抗拉强度的降低尤为显著。为了深入研究不同高温、不同冷却方式对混凝土材料的劈裂抗拉强度的影响,对工程中常用的强度等级为C35的商品混凝土试件进行300,600,800℃高温加热,并分别采用自然冷却和水冷却两种方式降温,观察分析试件的物理化学变化规律及其原因。再将试件静置3周以上,分别进行巴西圆盘劈裂试验。研究结果表明:水冷却和高温对混凝土试件物理化学特性及劈裂抗拉强度影响很大,而且随着温度升高这种影响比自然冷却时更为明显,主要表现在当加热温度超过300℃后,水冷却造成的拉伸强度下降程度明显大于自然冷却的试件。在试验研究结果基础上,建立了考虑冷却方式影响的三段式温度-冷却损伤演化方程,并确定出相应的特征参数。     

CFRP与高温后混凝土界面正拉粘结性能初步分析

通过25个正拉试件进行了CFRP与高温后混凝土界面粘结性能试验,分析了过火温度及冷却方式对正拉粘结性能的影响,建议了CFRP与高温后混凝土界面正拉粘结极限破坏荷载的计算式。试验结果表明,(1)破坏形态为呈"碗状"的内聚破坏,正拉粘结破坏面具有以下特征:首先,破坏面形成的随机性;其次,正拉粘结界面区域的不确定性。(2)随过火温度升高,正拉粘结强度降低;高温作用后经喷水冷却,正拉粘结强度比相同情况下自然冷却试件的强度低。     

不同冷却方式对高温后混凝土应力-应变关系的影响研究

通过混凝土在经历不同温度(100,200,300,400,500,600,700,800℃)后的单轴受压试验,研究温度、静置时间、冷却方式对混凝土轴压性能的影响,得到了相应的混凝土受压应力-应变全曲线。对比分析表明:混凝土抗压强度随着温度的升高而降低,峰值应变成倍增大,弹性模量显著降低;在高温作用后混凝土应力-应变曲线的波动性和规律性变化较缓;浇水冷却比自然冷却的曲线在下降段微陡些,曲线形状大体相似,峰值应力和峰值应变变化都不大,其变化规律大体一致。     

高温环境下钢筋和再生混凝土黏结性能的研究

为了研究高温对再生混凝土与钢筋的黏结性能的影响,设计制作44个中心拉拔试件,进行了四个受火温度(常温、200℃、400℃、600℃、800℃)的高温环境中心拉拔试验,对比分析了普通混凝土和取代率为100%再生混凝土在不同温度下的黏结性能变化,绘制了钢筋与混凝土τ-s曲线,在此基础上,基于界面黏结损伤模型探讨了高温下及高温后钢筋与再生混凝土的黏结损伤演变规律。试验表明：拉力作用下,再生混凝土的破坏形式分为劈裂破坏和劈裂-拔出破坏;随温度升高,黏结强度下降,峰值滑移特征值增大,同时,再生混凝土的极限黏结强度约为普通混凝土的0.8倍;黏结-滑移曲线整体呈现下降的趋势,在试验的基础上进一步通过数学分析软件对试件界面黏结损伤程度和相对滑移值进行回归分析,得到了钢筋与再生混凝土考虑界面损伤的黏结滑移本构方程。     

高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱轴压性能及损伤研究

为研究高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱的力学性能及损伤演化差异,以截面形式、高温温度、混凝土强度、冷却方式为变量设计了方、圆钢管混凝土柱各14根,对其高温喷水冷却处理后进行轴压试验,对比方与圆钢管混凝土柱峰值应力、初始刚度、延性系数、耗能系数等力学性能指标。确定试件损伤程度,对比方与圆钢管试件损伤随温度的演化规律,以及剩余承载力与损伤的关系。结果表明：高温喷水冷却后,圆钢管试件峰值应力、延性、耗能能力更大;随温度升高,圆钢管试件剩余承载力退化更慢,而方钢管试件延性以及耗能能力提高更快;相对于圆钢管试件,喷水冷却对方钢管试件延性、耗能的影响更为明显;随温度升高,方钢管试件损伤发展更快,且剩余承载力随损伤发展下降更迅速。     

高温下钢筋混凝土粘结性能的试验与分析

设计了专用的升温装置和加载装置,通过中心拔出试验,对高温中和高温后经历不同受热温度和加载路径的钢筋与混凝土进行粘结-滑移拔出试验,分析了高温下钢筋与混凝土粘结性能退化机理。研究表明,高温后试件的粘结强度比高温中试件下降较快,但达极限粘结应力时其滑移量相对高温中试件较小。在恒载升温条件下,当达到一定温度时,钢筋与混凝土的滑移进入急剧增长阶段。     

高温喷水冷却后钢管混凝土柱轴压性能及剩余承载力评估

为了研究历经火灾高温和喷水冷却后钢管混凝土的轴压性能及其剩余承载力评估方法，以混凝土强度等级、历经最高温度、径厚比、冷却方式为变化参数，设计并完成了24根钢管混凝土试件经历高温冷却后的轴压力学性能试验。观察了试件的轴压破坏过程及形态，获取了相应的荷载-位移曲线，并分析了各变化参数对其轴压性能的影响规律。结果表明：随历经温度的升高，试件的峰值应力和轴压刚度整体呈下降趋势，延性随温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势，轴压耗能能力则呈相反趋势；随着混凝土强度等级的提高，峰值应力和轴压刚度逐渐增大，延性则先增后减；增大钢管的径厚比可以大幅提高试件的轴压刚度及延性；与自然冷却相比，喷水冷却试件具有更好的延性及耗能能力；提出了相应的轴压承载力计算式，可以较好地评估钢管混凝土经历高温喷水冷却后的剩余承载力。     

高温后普通混凝土与细晶粒钢筋粘结性能试验研究

通过对48个普通混凝土与细晶粒钢筋粘结锚固试件的拔出试验,系统地研究了高温后粘结锚固的特点和影响粘结锚固强度的主要因素。钢筋混凝土试件的受热温度分别为20,200,400,600℃,冷却方式为空气中自然冷却,加载方式为单向拉拔。试验考虑了锚固长度、配箍率以及温度的影响,分析了各种参数对高温后钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,研究了高温对混凝土抗拉强度和粘结锚固强度的影响,并讨论了高温后混凝土抗拉强度和粘结锚固强度的关系。     

高温影响下新老混凝土粘结的剪切性能试验研究

为了研究高温对新老混凝土粘结性能的影响,本文对既有混凝土经历高温后再与新混凝土粘结和新老混凝土粘结后再经历高温两种类型的Z形粘结试件进行了剪切试验研究,总结了影响粘结面剪切性能因素(温度、冷却方式、界面粗糙度和界面剂)的影响规律,提出了温度对粘结面剪切强度和剪应力滑移关系的影响计算公式,建立了高温后粘结剪切强度的多因素统一计算公式。在试验的基础上,分析了高温对新老混凝土粘结的损伤机理,并给出了火灾后混凝土结构进行粘结修补的建议。     

高温后钢筋与聚合物水泥砂浆黏结性能研究

聚合物水泥砂浆(PCM)因与混凝土良好的黏结性被广泛应用于钢筋混凝土结构加固,但高温下PCM与钢筋的黏结性能退化规律尚不明确。对不同高温和冷却方式的钢筋与PCM黏结性能进行了试验研究。结果表明:1)自然冷却下破坏模式为劈裂和劈裂拔出的试件,对应泡水冷却试件的破坏模式为劈裂拔出和拔出;2)冷却方式对黏结强度的影响随温度上升而增大;3)冷却方式不同会导致试件不同的破坏形式,影响试件的滑移量;4)随着温度的升高,试件的黏结强度随之下降,滑移量随之上升。并根据试验结果建立了钢筋-PCM黏结强度高温退化模型,为实际工程提供参考。     

高温后喷水冷却圆钢管再生混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的界面黏结性能变化规律,以历经最高恒温温度、再生粗骨料取代率、界面锚固长度为3个变化参数,进行了27个高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土试件和2个自然冷却试件（对照组）的静力推出试验,以位移控制的加载方式为主,使自由端的钢管单独受力（核心混凝土不受力）,圆钢管内的混凝土从下向上推出。通过试验观察了圆钢管再生混凝土试件破坏的全过程和形态,获取了加载端和自由端的荷载-滑移曲线,分析了各个变化参数对黏结性能的影响规律。试验结果表明：经过高温喷水冷却后,圆钢管再生混凝土试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线形态相似,且和自然冷却试件的曲线相似,同时也和前期做的钢管普通混凝土的曲线具有相似性;加载端和自由端的荷载-滑移曲线大致分为上升段、缓慢下降段和平缓段;并且自由端的初始滑移晚于加载端。定义了极限黏结强度τu和残余黏结强度τr。圆钢管再生混凝土试件表面上应变沿试件高度方向大致呈指数分布。经历消防喷水冷却后,随历经最高温度的升高,黏结强度先增大后减小,在400 ℃时,黏结强度达到最大值,当大于400 ℃时,黏结强度降低。历经高温后试件的平均残余黏结强度分别是常温下试件的1.25倍、1.75倍、1.38倍和1.50倍。再生粗骨料取代率的变化对黏结强度的影响不明显,常温下γ=50%时,黏结强度达到最大值;温度为200 ℃且γ=75%时,黏结强度也为最大。这和自然冷却下钢管再生混凝土的结论类似。锚固长度的增大也使圆钢管再生混凝土试件平均极限黏结强度和残余黏结强度均有不同程度增大。提出了高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土极限黏结强度和残余黏结强度的计算公式,用此公式所得计算结果均比较理想。今后对界面黏结性能的研究,可以从增加钢管内壁的粗糙度、钢管内部加入加劲肋和钢管内增设不同长度的螺栓角度进行探讨,进而进一步丰富界面黏结性能的理论研究,以期为消防喷水后建筑结构构件的其他力学性能提供理论基础,同时为现实生活中火灾后钢-混凝土组合结构的灾后评估和加固提供参考。     

高温后钢筋套筒灌浆连接反复拉压受力性能试验研究

为研究钢筋套筒灌浆连接在高温后的力学性能,对高温后的钢筋套筒灌浆连接开展了高应力反复拉压试验,对比分析了不同温度下、不同直径的套筒灌浆连接试件的承载能力、破坏模式、极限粘结强度等。结果表明：高温后的钢筋套筒灌浆连接在高应力反复拉压作用下出现了套筒外钢筋拉断破坏、钢筋与灌浆料粘结滑移破坏两种破坏形态,试件的破坏模式随着温度的升高会发生改变,试件极限承载力随温度的升高略有降低,钢筋与灌浆料之间的极限粘结强度随温度升高呈下降趋势。     

高温后HRB高强钢筋粘结锚固性能的试验研究

对高温后45个HRB高强钢筋与混凝土粘结锚固试件进行拔出试验,研究高温后高强钢筋粘结锚固的特点和影响粘结锚固强度的主要因素。钢筋混凝土试件的受热温度分别为200,400,600℃,冷却方式为空气中自然冷却,加载方式为单向拉拔。试验考虑混凝土强度、锚筋屈服强度、配箍率的影响,分析各种参数对高温后高强钢筋粘结性能的影响规律,并指出高温后高强钢筋的粘结锚固机理和普通钢筋的粘结锚固机理大致相同。