不同配箍率下型钢活性粉末混凝土柱耐火性能试验研究

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型钢活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)是将型钢混凝土柱结构外围包裹的混凝土替换成活性粉末混凝土的一种结构。由于RPC结构孔隙率低、抗渗性好、耐久性极佳,同时还具有优良的力学性能使其在未来的建筑领域有着广阔的应用前景。型钢混凝土结构由于具备高承载性、延性系数高、抵抗横向变形能力强、截面尺寸灵活等优点目前已在大跨、重荷、高层及地震多发区得到广泛应用。所以随着近些年来火灾频发,对于型钢活性粉末混凝土这种新型结构的耐火试验尚有不足。因此对于型钢活性粉末混凝土结构的耐火性能研究具有重要科研意义。本文结合国内外对活性粉末混凝土材料高温力学性能研究、型钢混凝土结构高温影响下的性能研究,设计并浇注5根型钢活性粉末混凝土柱,利用电热炉进行了高温下的恒载试验研究,主要考虑不同配箍率的影响,将试验数据和现象进行分析,得到如下结论:1)通过对5个试件的破坏现象对比发现,所有RPC试件在高温作用下的混凝土部分颜色变浅、钢纤维呈现黑色但仍能保持一定致密性与握裹性。高配箍率试件没有出现较大裂缝和变形,且无混凝土爆裂现象,无论配箍率高低试件破坏均以竖向裂缝为主,为受压破坏。通过观察裂缝走向,试件裂缝均从计算区轴心受压处发展。随着型钢RPC柱试件配箍率的增加试件破坏现象愈加不明显,裂缝分布从低配箍率试件计算区大面积分布到高配箍率试件计算区中心零星分布,表面裂缝分布呈减少趋势。2)通过对试件时间-温度曲线的整理与分析发现在温度增长过程中,升温前期各测点的温度变化很小且变化趋势基本一致。随着炉子温度的增长,外侧测点的温度上升速率快于内侧测点,试件内部同一钢构件温度基本一致。3)通过对试件耐火时间的整理与分析发现,所有试件在分级加载阶段位移基本保持不变;在持荷开始升温阶段,温度较低时试件的轴向位移变化很小,当达到一定温度时试件的轴向位移开始逐渐增大,配箍率低的试件相对于配箍率高的试件在相同时间下位移变化更大,当达到耐火极限时间的65%-84%时试件位移变化速率会伴随着波动而出现缓慢上升的现象。4)利用有限元分析软件ABAQUS进行了本次试验的全过程分析,分析发现,在温度场模拟中发现数值分析结果与试验研究吻合较好。升温时间越长时随着热交换的进行表面混凝土温度与模拟值误差越小;而内部混凝土的温度随着升温时间越长热量损失越多则与模拟值误差越大。在热力耦合模拟中验证了裂缝的分布和发展规律,验证了试验研究中试件的变形特点和破坏特征;在热力耦合模拟中验证了试件耐火时间随着配箍率的增长逐渐延长的一般规律。并通过参数拓展进一步验证。
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