FRP筋嵌入式加固混凝土梁火灾后受弯性能研究

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近年来,尤其是日本阪神大地震后,纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)加固补强混凝土结构技术在工程中得到了广泛的应用,但其耐火性能研究不足已成为其推广应用的瓶颈之一。嵌入式加固法由于其在锚固性能、粘结性能和耐火性能等方面相比于外贴加固法具有明显优势,被越来越广泛地研究和应用。然而,FRP筋嵌入式加固混凝土结构的耐火性能的研究还非常少,尤其是火灾后的性能评估所需的基本试验数据十分缺乏。为此,本文对玄武岩纤维复合筋(BFRP筋)嵌入式加固混凝土梁的耐火性能和火灾后受弯性能进行了试验研究,具体开展了以下几个方面的工作:  1.系统地总结并分析了国内外有关钢筋、混凝土及FRP材料的热工性能、高温下及高温后力学性能的主要研究成果。在此基础上,确定适合本文研究的各种材料高温热力学性能的取值。  2.开展了1根普通混凝土梁和1根BFRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁的常温静载试验,对其裂缝形态及分布、荷载-位移关系和受弯承载力进行了分析,为后续火灾及火灾后的试验方案设计和试验结果分析提供参考和依据。  3.通过采用两端锚固的耐高温乙烯树腊基BFRP筋对钢筋混凝土梁进行嵌入式加固,研究了无防火保护措施的1根普通混凝土梁和1根BFRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁的耐火性能,并对试验现象、梁截面的温度、变形及耐火极限等进行分析。试验结果表明,在0.5的荷载比条件下,BFRP筋嵌入式加固混凝土梁和普通钢筋混凝土梁在受火前30min内具有同样的耐火能力,继续受火后前者的耐火极限为60min,后者的耐火极限为69min,表明两端锚固的耐高温乙烯树脂基BFRP筋嵌入式加固混凝土梁具有较好的耐火性能。  4.通过1根普通混凝土梁和2根BFRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁的火灾后静载试验,对BFRP筋嵌入式加固钢筋混凝土梁火灾后的受弯性能进行了研究,并对其裂缝形态及分布、荷载-位移关系和受弯承载力进行了分析。试验结果表明,梁的刚度有明显下降,并且受火时间越长梁的刚度下降越多。经历0.5荷载水平的恒载和火灾高温同时作用后,梁的受弯承载力不同程度的降低,但相同条件下加固梁火灾后的受弯承载力仍高于未加固梁。受火45min,无防火保护的BFRP筋嵌入式加固混凝土梁冷却后加载至破坏时,曾受到近400℃高温作用的BFRP筋无断裂迹象,表明嵌入于构件表面的FRP筋相比于FRP裸筋具有更好的耐火性能,FRP筋嵌入式加固混凝土梁的耐高温性能具有较大的提升潜力。  5.基于ABAQUS有限元分析软件,对文中火灾试验梁在其实际升降温曲线作用下截面的温度场分布进行模拟计算,并与试验实测结果进行比较,结果吻合较好。
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