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火灾会对钢筋混凝土结构造成较大的损害,但一般通过修复加固还是可以继续使用的,在火灾后受损钢筋混凝土结构修复加固方面,研究人员先后提出了多种修复技术和加固方法,如置换法、增大截面法、喷射混凝土法、绕丝加固法、粘贴钢板法和增加钢支撑法等。但一些新技术,如碳纤维片材加固技术等还很少在火灾后构件的修复加固中得到应用。本文结合火灾后碳纤维布加固板、梁构件的静载试验,探究碳纤维布加固受火后钢筋混凝土受弯构件的力学性能,为此,主要研究工作如下:
⑴制作了1块钢筋混凝土连续板,采用ISO834标准升温制度对混凝土连续板进行30分钟火灾试验,用碳纤维布对钢筋混凝土两跨连续板的一跨进行加固,对受火后的混凝土连续板的加固跨和未加固跨同时进行静载试验;
⑵制作了7块钢筋混凝土连续T形梁,无加固常温梁1根,进行静载试验,采用ISO834标准升温制度对3根混凝土连续梁进行60分钟火灾试验,对3根混凝土连续梁进行74分钟火灾试验,取受火60、74分钟后梁各1根,无加固,进行静载试验,采用碳纤维布加固受火60、74分钟后梁各2根,进行静载试验;
⑶使用有限元软件计算受火后板、梁构件的温度场,采用“混合法”求解导热微分方程,所谓“混合法”即在空间域内用有限单元网格划分,而在时间域内则用有限差分网格划分,其实质是有限单元法和有限差分法的混合解法,计算中考虑了合适的混凝土和钢筋的热工性能以及混凝土中水分的蒸发对温度场的影响;
⑷采用有限元程序对火灾后钢筋混凝土板的受力性能进行计算分析,对钢筋混凝土板构件,受火后板构件的温度场为一维温度场,根据对截面温度场的计算,对应火灾后不同受火温度后混凝土的损伤性能,确定距离受火面不同位置的混凝土的应力-应变曲线,按照分层建模的方法对板进行建模分析。模拟试验中板在荷载作用下的弯曲变形,混凝土、钢筋和碳纤维布的应变以及板的极限承载力等,通过计算值与试验值的对比,验证了建立模型的有效性;
⑸采用有限元程序对火灾后钢筋混凝土T形梁的受力性能进行计算分析,对钢筋混凝土梁构件,受火后梁构件的温度场为二维温度场,由于其温度分布较复杂,故首先对截面温度场进行计算,然后将温度场计算的结果导入静力分析过程中,考虑受火后混凝土和钢筋的材性变化,对梁进行建模分析。模拟试验中梁在荷载作用下的弯曲变形,混凝土、钢筋和碳纤维布的应变以及梁的极限承载力等,通过计算值与试验值的对比,验证了建立模型的有效性;
⑹分析了板、梁的强度、变形和延性的变化,采用等效截面法,按照受火后混凝土强度和钢筋强度与温度的关系将截面进行强度折减,将混凝土截面等效为阶梯型截面,采用简化方法计算受火后和碳纤维布加固后板、梁截面的承载力;
⑺分析了梁的内力变化,采用等效截面法,按照受火后混凝土、钢筋的刚度与温度的关系将截面进行折减,将混凝土梁截面等效为阶梯型截面,采用简化方法计算受火后连续梁内力的变化;
⑻讨论了受火后连续梁弯矩重分布的变化和破坏模式的变化,受火后的连续梁与常温连续梁的破坏模式有所不同,建议了加固后较理想的破坏模式。