火灾下及火灾后约束混凝土双向板承载性能研究

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由于火灾试验费用高昂,目前关于楼板的抗火性能研究尚不够充分,约束作用下钢筋混凝土双向板的火灾试验少之又少。此外,多数火灾在局部蔓延时即被扑灭,加之混凝土热惰性对建筑结构、构件的保护作用,火灾后建筑物修复加固的可能性较大。为更加深入地理解约束钢筋混凝土双向板的抗火性能,了解火灾后该构件的力学性能,开展了火灾下(后)约束钢筋混凝土双向板的承载性能试验研究和理论分析。主要工作如下:(1)基于已有模型或相关文献试验数据,不考虑混凝土骨料类型、钢筋强度和钢筋等级等因素,归纳和总结了高温下和高温后混凝土和钢筋的材料力学性能,提出了混凝土和钢筋在高温下和高温冷却后的力学性能模型。(2)对1块面内约束和角部约束钢筋混凝土双向板进行了抗火性能试验,对混凝土截面温度、钢筋温度、平面内外位移、板角反力和裂缝开展及破坏模式进行了试验研究。研究表明,面内约束会降低双向板的抗火性能,主要表现在变形速率和面外位移增大;配筋率对楼板的抗火性能有积极作用。研发设计了一套无线测温系统,在电炉试验和火灾试验中与有线测量方式进行了对比试验,试验表明该系统具有可行性。(3)对角部约束火灾后板和未受火板进行了承载性能对比试验,对极限承载力、平面内外位移、钢筋应变、板角反力和裂缝开展及破坏模式进行了试验观察和对比分析。结果表明,火灾后板的极限承载力较未受火板降低较少,但抗变形能力减弱,混凝土脱落现象较为严重。(4)基于经典塑性铰线理论,在李国强模型基础上,提出了常温时不同配筋率下的钢筋破坏和混凝土压碎破坏两种计算模型。钢筋破坏模型中,对板中间椭圆钢筋网简化成矩形钢筋网,并提出钢筋极限应变差破坏准则,通过与试验结果和其他模型比较验证合理,且极大地简化了计算过程。混凝土压碎模型对截面内混凝土强度和受压区域进行了假定,计算结果较好,可以为钢筋混凝土双向板的承载能力评估提供参考。(5)对常温下双向板计算模型进行了高温下和高温后修正,并考虑面内约束作用,建立了约束双向板计算模型。结果表明:面内约束力越大,双向板极限承载力降低越大;双向面内约束力较单向面内约束力对板的极限承载力降低幅度大,且降低幅度大于单向约束力的2倍。
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