高性能复合砂浆钢筋网加固RC框架抗火性能研究

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高性能复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固法是一种无机加固技术,相较于一些传统的加固法,HPFL加固法具有施工简易,耐火耐久,造价低廉等优势,且高性能复合砂浆与混凝土性质相近,因此与原结构构件粘结性好,加固层厚度一般不超过25mm,现阶段在全国范围内已经得到一定的推广及应用。为分析加固层厚度、受火时间、梁上荷载比、轴压比以及受火工况对HPFL加固钢筋混凝土框架以及框架节点耐火性能影响规律,本文采用ABAQUS有限元分析软件建立了12组梁柱框架节点(两组常温下节点模型,一组未加固高温下节点模型,以及9组高温下HPFL加固后的节点模型)以及8组两层三跨框架(节点进行加固)的分析模型。主要工作和研究结论如下:(1)总结分析国内外关于混凝土、钢筋以及高性能复合砂浆等材料的热工性能以及高温力学性能。(2)对HPFL加固钢筋混凝土框架节点温度场分布规律进行研究。研究结果表明:HPFL加固层有效降低了节点各截面温度,温度梯度从外向内逐渐减小,同一截面处,外侧温度梯度较大,内部温度梯度较小,且随着受火时间的增加,温度梯度分布更加均匀,由于混凝土的热惰性,截面处外侧升温速度较快,内部升温较慢。(3)应用ABAQUS对HPFL加固法加固框架节点进行高温作用模拟分析,研究加固层厚度、受火时间、梁上荷载比、轴压比对框架节点耐火性能的影响规律。与未加固节点相比,加固层厚度为20mm、25mm的节点,耐火极限分别增加11.4%以及15.7%,梁上荷载比从0.6增加到0.7、0.8,节点的耐火极限分别下降了8.3%和17.5%,节点柱顶轴压比从0.2增加到0.3、0.4,节点的耐火极限分别降低了2.6%和7.8%。(4)为研究加固层以及受火工况对框架温度场分布规律以及耐火性能的影响,建立了两层三跨钢筋混凝土框架温度场模型以及力学模型。有限元模拟分析结果表明:HPFL加固法加固的钢筋混凝土框架在双跨受火以及单跨受火,梁、以及边柱温度场分布相近,中柱节点核心处存在差异,较未加固框架节点内部核心温度降低约15%,且梁跨中挠度减小约20%。受火初期,试件主要经历压拱效应阶段,梁受热膨胀的影响而伸长,框架柱向框架外侧移动,随着温度的升高,材料发生劣化,梁向下挠曲,柱侧向位移逐渐向框架内侧发展。在受火过程中,四种不同工况下HPFL加固后框架荷载相同时,上层中跨受火工况耐火极限要大于上层边跨受火的耐火极限,上层单跨受火工况耐火极限要大于下层单跨受火的耐火极限,多室受火的耐火极限小于单室受火的耐火极限。
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