型钢UHTCC结构常温和耐火性能研究

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探究型钢UHTCC复合结构在常温下结构力学性能和高温下的耐火性能,对高性能超高层建筑结构的工程设计应用、抗火设计和火灾后建筑安全性能评估有重要意义。根据“钢结构建筑防火关键技术研究,国家科技支撑计划子课题(2012BAJ13B04)”的相关要求,本文具体进行了以下几个工作:(1)高温后UHTCC棱柱体抗压性能试验表明,UHTCC在高温后形态及内部结构都会产生较大变化,其内部纤维存在形态对受压变形性能有很大影响;测得高温后弹性模量和残余强度并提出相应的拟合公式。(2)通过高温后UHTCC-钢筋粘结性能试验探究不同温度下UHTCC强度及纤维存在方式对荷载-滑移性能和粘结强度的影响规律,发现PVA纤维的存在对高温后粘结强度不利;测得高温后粘结强度并提出了相应拟合公式。(3)进行了型钢UHTCC复合梁、柱、节点常温下的静载力学性能试验,并开展了相应的型钢高强混凝土构件试验,进行对比研究,探究两种类型构件在承载力、破坏模态、吸能变形方面的差异。结果表明:高强混凝土脆性大、易开裂,开裂后即退出工作,与钢骨协调变形能力不高;型钢高强混凝土构件控裂性能差、变形吸能较弱,具有很高的脆性破坏特征,危害较大。UHTCC具有与钢骨更好的协调变形能力,且开裂后不退出工作,钢骨性能得到充分发挥;型钢UHTCC复合构件具有的更好整体性、更高的承载力、高超的抗裂能力、更强的变形吸能能力和延性。(4)对型钢UHTCC复合梁、柱、节点及相应的型钢高强混凝土构件进行了耐火性能试验。探究不同荷载比对构件耐火极限、变形、内部温度、火灾后形态和破坏模态的影响;并比较两类构件在相同荷载比下耐火极限、变形、内部温度、火灾后形态和破坏模态的影响。试验结果表明:相同荷载比下型钢UHTCC构件耐火极限比型钢高强混凝土构件更长;柱和节点对高强混凝土爆裂的敏感程度比梁更高,耐火极限差距更大。对梁柱构件而言,荷载比越高耐火极限越小;节点和型钢UHTCC梁在不同荷载比下会造成破坏模态的不同。型钢混凝土柱在高温下会发生轴向膨胀,型钢UHTCC柱在火灾下不会发生轴向膨胀,避免温度应力对结构造成的损伤。高强混凝土在火灾下容易爆裂造成构件截面削弱、混凝土内部损伤、加速钢骨高温劣化,型钢高强混凝土构件容易损伤、变形吸能差,具有很高的脆性;UHTCC在火灾下具有优异的抗爆裂性能、较大的比热容和较低的导热系数、高超的抗裂能力,因此型钢UHTCC构件完整性好、容许损伤温度高、变形吸能和控裂能力强,具有很好的延性。
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