内嵌CFRP筋加固混凝土梁在高温下的抗弯性能研究

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanghn019
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纤维增强复合材料(FRP)具有轻质高强、耐腐蚀、成型方便以及便于施工等优点,在建筑结构加固领域中的应用非常广泛。然而,由于FRP材料的耐火性能差,导致使用FRP材料加固的结构在发生建筑火灾时存在着安全问题。如果加固设计过程中没有考虑火灾荷载的影响,一旦发生建筑火灾,加固结构会因为FRP材料强度的急剧下降而导致破坏,从而造成不可估量的损失。因此,对FRP材料加固结构的抗火性能研究是非常有必要的。目前,尽管内嵌CFRP筋加固钢筋混凝土梁已经成为一种比较常用的加固方法,然而对其在高温下的力学性能研究则相对不足。本文通过查阅相关参考文献,总结了内嵌CFRP筋加固钢筋混凝土梁的各个组成材料在高温下热工性能与热力学性能,介绍了热传导方程、升温曲线方程以及有限元建模类型。使用大型非线性有限元软件ABAQUS建立梁模型并运行计算,与相关参考文献的试验构件进行对比分析,分别对加固梁在常温下的荷载-挠度关系曲线、高温下的挠度-时间关系曲线、温度-时间关系曲线进行对比,验证模型建立的正确性。在此基础上,通过对比两种防火保护类型的加固梁温度场与各温度测点的温度随时间变化关系曲线,选择符合规范要求的防火保护类型,从而进行热-力耦合分析。设计42根梁构件,分析对比不同混凝土强度等级、CFRP筋直径以及结构胶类型对加固梁在高温作用下承载能力与耐火极限的影响。通过理论推导,建立了在高温作用下加固梁的承载能力简化计算公式。对不同高宽比的加固梁应用简化计算公式计算抗弯承载力,并与有限元分析结果进行对比;使用最小二乘法,得出简化计算应用于内嵌CFRP筋加固钢筋混凝土梁的折减系数。研究表明:防火保护类型A是符合相关规范要求的,在热-力耦合作用分析时采用此种防火保护类型。加固梁在热-力耦合作用下,随着混凝土强度等级的增大,其抗弯承载力也相应的增大;随着CFRP筋直径的增大,加固梁抗弯承载力相应增大;在符合相关规范要求的防火保护类型下,使用地聚合物作为结构胶的加固梁其抗弯承载力相对于使用环氧树脂作为结构胶的加固梁略大。混凝土强度等级的提高与CFRP直径的增大都有助于加固梁的耐火极限的提高,使用地聚合物作为结构胶的加固梁耐火等级明显高于使用环氧树脂做作为结构胶的加固梁。在抗弯承载力简化计算公式中,使用一台阶模型计算加固梁抗弯承载力的精度要小于二台阶模型计算的精度。优化后的简化计算公式计算结果与有限元计算结果更为接近。
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