重组竹材三面和四面受火炭化性能试验

重组竹作为一种新型的建筑结构材料应用日益广泛,但同木材相似的可燃性导致重组竹结构抗火设计方法亟待补充和完善.为研究重组竹材多面受火炭化性能,依据ISO 834火灾试验方法进行了4组16根重组竹构件三面和四面受火试验,分析截面尺寸、受火时间以及不同受火面对炭化深度和炭化速度的影响.结果表明,由于炭化层隔热作用,随着受火时间增加重组竹构件炭化速度逐渐减小;火灾作用下构件截面有效面积减小,角部区域因承受双向热传递而由棱角变为圆角形,圆角区和非圆角区炭化深度差异明显;通过对比重组竹材多面炭化非圆角区炭化深度与单面受火炭化深度,前者较后者增加明显,引入多面炭化因子进一步修正计算模型;为简化抗火设计,通过对比多种木材,考虑圆角区影响提出重组竹材多面受火条件下名义炭化速度为0.7 mm/min,为重组竹结构灾后剩余截面计算提供重要参数依据.     

火灾下混凝土构件正截面承载力估算方法

针对火灾下混凝土构件正截面承载力计算繁杂的问题.提出对于受拉区为迎火面的板的控制截面,不考虑压区混凝土强度的变化,考虑高温对受拉钢筋强度的影响;对于受压区为迎火面的板的控制截面,引入截面有效高度折减值,不考虑折减后剩余混凝土强度和拉区钢筋强度的变化,考虑高温对受压钢筋强度的影响;对于四面受火的轴心受压混凝土方柱,引入截面尺寸折减值,不考虑折减后剩余混凝土强度的变化,考虑高温对钢筋强度的影响,并建立了火灾下板及四面受火钢筋混凝土方柱正截面承载力的估算方法,可供钢筋混凝土结构抗火验算时参考.     

三面受火小偏压SRC柱耐火极限试验

由于所处位置不同,结构中的柱有可能处于非四面均匀受火状态,受火边界的差异将导致柱耐火性能存在一定的差异.为认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,进行了两根ISO-834标准火灾作用下、三面受火(受拉侧不受火)SRC柱在小偏心荷载作用下的耐火极限试验,观察了试件破坏过程,获取了截面温度场分布、轴向变形-时间关系曲线、侧向变形-时间关系曲线及构件的耐火极限,分析了有关规律及机理.试验结果表明,混凝土爆裂(崩落)对截面温度场及构件耐火极限均有影响;荷载比和偏心率是影响高温下SRC偏压构件变形特征及耐火极限的重要因素.试验结果可供三面受火SRC柱耐火设计参考.     

三面受火型钢混凝土柱耐火极限的试验研究与理论分析

制作了2根三面受火型钢混凝土柱,在标准升温条件下进行耐火极限试验,测量了构件轴向变形及中部侧向变形,观察了混凝土的爆裂及构件破坏过程,获得了构件的耐火极限。然后应用有限元软件ABAQUS建立了三面受火型钢混凝土柱三维非线性有限元模型,计算结果得到了试验数据的验证。结果表明,火灾荷载比及偏心率对三面受火型钢混凝土柱的耐火极限有很大的影响,有限元模型可以用来模拟三面受火型钢混凝土柱的温度场及耐火极限。     

受火时间对钢管混凝土火灾后压弯相关曲线影响分析

在合理地确定钢管混凝土截面温度场分布，以及组成钢管混凝土的钢材和混凝土高温后应力-应变关系模型的基础上，提出了计算钢管混凝土火灾后剩余承载力的理论分析数值模型，并进行必要的试验，验证了理论分析模型的正确性，在此基础上，利用数值计算方法，分析了钢管混凝土受火时间对构件火灾剩余承载力相关曲线的影响。     

火灾作用下钢筋混凝土构件等效火灾荷载的计算

国内外混凝土规范中已明确给出计算构件耐火极限的方法,钢筋混凝土构件防火研究的主要目的是为进行钢筋混凝土构件的耐火极限研究.而在结构设计中,往往直接考虑的是荷载作用,为此提出一个新概念--等效火灾荷载,将火灾对结构的影响直接考虑成荷载作用.在确定了混凝土构件的截面温度场后,利用一种简化计算方法计算出钢筋混凝土构件的等效火灾荷载,进而计算出钢筋混凝土构件的耐火极限.在火灾中,作为结构最基本的构件梁柱可能受到单面或多面的火作用,这里仅介绍三面受火钢筋混凝土简支梁等效火灾荷载的计算,利用此法简单计算便可得出等效火灾荷载和耐火极限.     

火灾中植筋试件极限承载力试验研究

为研究火灾下植筋试件极限承载力与受火时间的关系,进行了火灾下4个植筋试件拉拔试验.采用自制试验炉对植筋试件受火升温,当到达设定时间后,进行拉拔试验,试验中记录植筋试件的拉拔力,植筋末端位移及受火时间.试验结果表明:在受火时间不超过30 min时,15d和20d(d为钢筋直径)植筋试件的极限承载力降低程度不同,但当受火时间大于45 min后,两者的极限承载力相差不大.当受火时间超过60 min后,两种不同植筋深度植筋试件的极限承载力下降约85%.15d植筋试件和20d植筋试件分别在受火时间不超过15 min和30 min时可以保证钢筋屈服.     

钢筋网细石混凝土加固受火后预应力混凝土空心板的试验研究

为研究火灾后预制空心板采用钢筋网细石混凝土加固前后的力学性能和破坏形态,对不同受火时间条件下采用钢筋网细石混凝土加固预制空心板的8个试件进行静力试验,其中3个对比未受火未加固试件,1个未受火加固试件,4个分别受火15、30、45和60 min后的加固试件。研究结果表明,钢筋网细石混凝土加固受火预制空心板均发生弯曲破坏;加固能有效抑制试件的开裂,提高弯曲刚度。加固试件的开裂荷载和极限荷载均大幅提高,极限位移有所降低。相同荷载作用下,钢筋网中受压纵筋压应变和孔洞内埋设受拉纵筋拉应变均随受火时间增加而增大。在考虑材料火灾损伤基础上,采用等效截面法计算加固试件的极限承载力是可行的。     

灌浆料加固钢筋混凝土偏心受压柱研究

为了研究高强无收缩灌浆料加固钢筋混凝土偏心受压柱的效果,设计制作了8个偏心加固构件和2个对比构件。通过偏心受压试验,研究了不同加固形式和加固厚度对大、小偏心柱抗压承载力的影响。试验结果表明:原构件混凝土和高强灌浆料加固层间能很好地协同工作、共同受力;采用高强灌浆料作为新增材料加固偏心受压柱,偏心受压柱的极限承载能力得到了较大的提高,单侧加固试件的极限承载力提高了76%～283%,两侧加固试件的极限承载力提高了249%～329%;大偏心受压柱的刚度和极限承载力与受加固层厚度呈正相关,而小偏心受压柱的刚度和极限承载力受加固层厚度影响较小,主要与被加固混凝土强度相关。     

RC受弯构件正截面极限承载力尺寸效应研究

对13根共5个截面尺寸的钢筋混凝土梁开展尺寸效应试验研究,详细观察记录不同阶段的破坏过程,并采集相应截面弯矩、挠度、截面应变等试验数据。在研究尺度内,评价了混凝土材料抗压性能尺寸效应对极限承载力的影响,实测并推导了相关特征参数随试件尺寸的变化规律,基本验证了现阶段受弯构件正截面极限承载力计算理论的安全性。同时也发现,对于大尺寸受弯构件而言,规范对混凝土非均匀受压极限压应变的取值偏大;试件受压区混凝土材料的极限变形能力随试件尺寸增大而减小,鉴于承载能力极限状态下的破坏特征与之联系紧密,应该引起充分重视。     

钢板加固受火后混凝土梁力学性能分析

为研究粘结钢板加固受火后混凝土梁的抗弯性能,应用ABAQUS有限元程序对钢板加固受火后混凝土梁进行了非线性有限元模拟计算,通过建立7个分析模型,对比分析受火时间、粘接层厚度、钢板粘结长度对钢板加固受火后混凝土梁抗弯承载力的影响.研究结果表明,受火时间、钢板粘结长度对构件的抗弯承载力影响较大,而胶结层厚度对构件的抗弯承载...     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明：随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。     

格构木梁加固方法的研究

进行了10根木梁的对比试验研究,其中3根为对比普通木梁,3根为未加固格构木梁,4根为加固格构木梁。研究结果表明:未加固格构木梁的受弯承载力和初始弯曲刚度较普通木梁均略有降低;底面粘贴1层碳纤维(CFRP)布加固格构木梁的受弯承载力较未加固格构木梁显著提高54%,初始弯曲刚度提高34%,极限位移显著提高63%。空隙处采用结构胶或灌浆料填充的格构木梁的受弯承载力平均提高30%,初始弯曲刚度显著提高195%,极限位移则显著降低54%。结构胶填充并在梁底面粘贴1层CFRP布的加固格构木梁受弯承载力显著提高92%,初始弯曲刚度显著提高251%,极限位移则降低48%。未加固格构木梁和粘贴1层CFRP布加固格构木梁的受拉肢和受压肢跨中应变变化分别保持平截面假定;其受压肢和受拉肢均为下侧受拉上侧受压,中间木垫块基本不受力。空隙采用结构胶填充的加固格构木梁跨中全截面应变变化基本保持平截面假定;其受压肢受压,受拉肢受拉,中间木垫块亦参与全截面受力。研究表明:在格构木梁空隙处填充灌浆料或结构胶可显著提高其初始弯曲刚度,但对提高承载力不显著;在格构木梁底面粘贴CFRP布可显著提高其承载力,但对提高初始弯曲刚度不明显。格构木梁有限元数值模拟结果可满足工程应用的精度要求。     

外包钢加固钢筋混凝土柱的抗火性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立了外包钢加固钢筋混凝土柱的温度场和力学分析模型,应用钢筋混凝土柱的抗火试验数据对模型进行验证。采用验证后的模型分析了轴压比、偏心率、荷载比以及承载力提高系数对外包钢加固钢筋混凝土柱抗火性能的影响规律。分析结果表明:随着轴压比、荷载比和偏心率的增加,加固柱的耐火极限减小。对于轴心受压柱,承载力提高系数的增加对加固柱耐火极限影响很小;对于偏心受压柱,随承载力提高系数的增大加固柱的耐火极限增大,但增幅有限。在荷载比相同的前提下,偏心率对柱的耐火极限影响不显著。     

钢筋混凝土受压构件防火性能的非线性分析

通过对Fourier热传导方程的数值求解，推导出了钢筋混凝土矩形截面在不同受火条件下温度场分布，将得到的温度数据结果自动传递到非线性有限元程序中，并采用考虑材料高温下徐变影响的钢材和混凝土随温度而不断变化的本构关系，对钢筋混凝土受压构件进行了受火时时间-变形全过程曲线的计算，分析了混凝土受压构件在受火时的各种力学性能变化以及截面尺寸，混凝土保护层厚度，钢筋布置等不同参数对钢筋混凝土受压构件的防火承载力的影响，得到了钢筋混凝土受压构件在受火时的破坏特征是由荷载、高温下材料强度的下降和温度场不均匀分布等因素共同作用下的突然失稳破坏，结果与现有欧洲结构防火规范吻合较好。     

火灾后等肢L形型钢混凝土异形柱双向偏心受压力学性能研究

为了研究火灾后L形型钢混凝土柱双向偏心受压力学性能,进行受火1小时后4根等肢L形型钢混凝土柱的常温静力加载试验,分析双向受压情况下不同加载偏心距对型钢混凝土异形柱受压承载力的影响.记录其破坏过程及破坏形态,分析其破坏机理.对试验异形柱的极限承载力、混凝土型钢应力应变曲线、柱中侧向位移曲线、混凝土与型钢之间的粘结滑移曲线进行了讨论.试验结果表明:(1)型钢混凝土异形柱与钢筋混凝土柱受压破坏机理相同,破坏形态类似.随着偏心距的增大,试件由受压破坏转变为受拉破坏.承载力也随之降低;(2)桁架式钢骨架以及腹杆能够使混凝土与型钢较好的协同工作,保证异形柱整体工作性能.平均应变平截面假定仍适用于火灾后等肢L形型钢混凝土柱的分析中;(3)异形柱在进行双向受压情况下,试件发生双向弯曲,两侧位移基本相同.     

真实火作用下圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能

为分析圆钢管约束钢筋混凝土柱在真实火灾下的抗火性能,通过ABAQUS软件建立了有限元分析模型,包括温度场分析模型和耐火极限分析模型,主要考察参数为火灾升温速率、升温时间以及构件荷载比.真实火灾的温度-时间关系采用欧洲规范Eurocode 1 Part 1-2建议的参数火灾模型计算,并选取了ISO-834标准火灾作为对比.分析结果表明:真实火灾的升温速率越快、升温时间越短,构件的截面温度梯度越大;真实火灾作用下,圆钢管约束钢筋混凝土柱不仅可能会在升温过程中发生破坏,也可能会在降温过程中发生破坏;基于等效曝火时间的方法,将计算得到的真实火灾下耐火极限转换为标准火灾下的等效耐火极限,当真实火灾升温速率小于标准火灾速率时,采用标准火灾曲线得到的耐火极限比等效耐火极限小;而当真实火灾升温速率大于标准火灾时,采用标准火灾曲线得到的耐火极限比等效耐火极限大,即按标准火灾下进行的设计偏于不安全,建议按照真实火灾进行抗火设计.     

部分再生混凝土梁的试验

为了研究部分再生骨料混凝土梁的力学性能,完成了5种配筋率共15根部分再生骨料混凝土梁的试验.试验结果表明平截面假定理论同样适用于部分再生骨料混凝土结构.部分再生骨料混凝土受弯构件的正截面承载力与普通混凝土受弯构件相比并没有降低,但是其刚度相对于普通混凝土受弯构件有所减小.通过分析得到了部分再生骨料混凝土受弯构件正截面承载力计算公式和受弯构件刚度计算的修正公式.给出了部分再生骨料混凝土轴心受压和偏心受压极限压应变以及梁最小配筋率的取值建议;通过ANSYS软件完成了部分再生骨料混凝土受弯构件的有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好.     

现行规范对高强复杂加劲冷弯构件力学性能适用性研究

目的研究《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲冷弯薄壁钢材的适用性,提出计算其承载力的修正系数.方法对17根壁厚均为1.1 mm的G550高强钢材进行试验和理论计算,分析高强新型冷弯箱型组合截面受弯构件力学性能.结果无论试验受弯极限承载力或是理论受弯极限承载力,DS1型截面构件均比DS2型截面构件提高近20%;试件的合理高宽比为2~4;对于DS1型截面构件建议不折减,对于DS2型截面构件建议采用0.8的折减系数.结论现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲构件基本适用,对于新型高强冷弯薄壁型钢梁的受弯极限承载力一般情况下要大于规范给出的理论受弯极限承载力.不同的截面构件所适合的折减系数不同,工程设计可根据构件截面的情况决定是否折减.     

CFRP-钢管混凝土轴压构件试验研究

目的了解圆截面CFRP-钢管混凝土轴压构件的静力性能，分析长径比和弯曲增强系数对该类构件极限承载力和承载力提高率的影响．方法对12根构件开展静力试验并对试验结果进行分析．结果对于长径比较大的试件，纵向受拉区柱中截面纵向CFRP先于纵向受压区柱中截面环向CFRP断裂；对于长径比较小的试件，纵向受压区柱中截面环向CFRP先于纵向受拉区柱中截面纵向CFRP断裂，试件的载荷-柱中挠度曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和下降段；笔者研究对象的延性优于FRP筒内填混凝土轴压构件．结论在长径比相同的条件下，随着弯曲增强系数的增加，极限承载力提高；左弯曲增强系数相同的条件下，随着长径比的增加，极限承载力降低．在长径比相同的条件下，承载力提高率近似随着弯曲增强系数的增加而线性提高；在弯曲增强系数相同的条件下，纵向CFRP对于较大长径比试件的极限承载力提高效果比较显著．