钢管—混凝土-CFRP复合加固钢筋混凝土柱抗火性能研究

发布时间：2017-10-30 09:30

  本文关键词：钢管—混凝土-CFRP复合加固钢筋混凝土柱抗火性能研究

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【摘要】：FRP材料因为其高强轻质、耐久性好、‘绝缘,耐酸碱盐,耐腐蚀!’等一系列优点被广泛应用于现代化行业领域,极大地促进了现代化行业如航海、航天、医学、机械等工业领域的发展。同时FRP材料本身特有的优良性能极大地推动了土木工程领域受震害、火灾影响不大的建筑结构加固修复的发展。随着FRP材料高速发展,近年来,土木工程领域对FRP材料的应用开始进行深入的研究阶段,并采用试验与数值模拟结合的方式探究其灾后性能:FRP材料性能优越,但是耐高温性能差,受火易燃烧,抗火性能严重不足;高温下FRP材料与构件间粘结性能差的劣势进一步的限制了FRP材料在土木工程领域的研究发展。如上述所讲,FRP材料耐高温、抗火性能不足,因此,近年来,诸多对FRP材料进行研究分析的试验及方案,加大了对FRP材料抗火性能的研究分析,也提出了一系列FRP材料的耐高温保护措施,本文是在参考诸多学者研究理论基础上,根据刘永军老师等提出的新型SCCC结构柱进行进一步扩展研究,探究其在加固修复受损结构抗火试验中的应用。该课题扩展名:薄钢管—混凝土—CFRP复合加固钢筋混凝土柱;总所周知,混凝土属于热惰性材料,自身导热性能低,类似于防火材料所特有的防火属性,在高温下混凝土构件内部温度较表层温度极低,能够起到很好的隔热、阻燃的作用,本课题则充分利用了混凝土的防火特性;对未经受重大损害或历经久远的建筑结构表面凿毛补平,然后粘贴CFRP布加固构件;该方法既可以节约经济效益又可以提高承载力;另外在CFRP管外焊接空心薄钢管,在CFRP管与钢管间填充混凝土,可充分利用混凝土热惰性提高整体加固结构的抗火性能。本文研究主要内容:首先利用高温燃烧炉对四面受火钢筋混凝土柱高温下性能进行探究分析,模拟灾后的建筑结构的相关性能,对火灾与轴压力共同作用下构件的性能变化进行逐步分析,同时记录试验过程中的构件内部温度-时间变化情况,并将该过程的数据变化形成变化曲线进行相关分析;在试验研究过程中发现,高温下构件材料力学性能随升温时间发展急剧下降,在高温下比较长的时间内混凝土饰面层大面积脱落,保护层与钢筋发生剥离,但是并未显著脱落,构件内部由于保护层作用并无出现严重损伤;根据试验测的各个截面温度场变化情况,由外向内温差极大,钢筋截面温度达到400℃左右,核心温度最低,也达到100℃左右。高温后,对自然冷却状况下的构件进行加固修复,修复方法采用钢管-混凝土-CFRP复合加固技术手段,形成的新型复合加固结构同钢筋混凝土柱的抗火试验方法一样在国际标准升温状况下应用。整个加固结构抗火试验研究过程中,详细地记录结构在荷载与高温共同作用下的破坏情况,并对加固结构火灾中的破坏情况详细阐述,与高温下钢筋混凝土柱的火灾试验形成对比,通过加固构件内部温度场的变化情况证明复合加固结构的优越性能。本文通过对复合加固结构抗火性能与钢筋混凝土构件高温下性能对比分析发现,复合加固结构极大地增强了FRP材料的防火性能,同时钢管、混凝土、CFRP三者协同作用提高了结构柱的极限承载力!
【关键词】：钢筋混凝土 温度场 轴心受压性能 钢管—混凝土—CFRP复合加固钢筋混凝土柱 抗火性能 极限承载力
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375.3;TU352.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 前言14
• 1.2 纤维复合材料14-19
• 1.2.1 纤维增强材料14-15
• 1.2.2 FRP材料组成及性能15-16
• 1.2.3 FRP材料优缺点16-18
• 1.2.4 FRP材料的应用18-19
• 1.3 防火材料19-20
• 1.3.1 防火材料19
• 1.3.2 防火材料优缺点19-20
• 1.4 钢管—混凝土—CFRP复合加固技术20-25
• 1.4.1 提出背景20-23
• 1.4.2 研究目的及意义23-24
• 1.4.3 该技术措施常温下工作性能24-25
• 1.4.4 该技术措施火灾下技术延伸25
• 1.5 论文研究的目的及主要内容25-26
• 1.5.1 研究目的25
• 1.5.2 研究主要内容25-26
• 第二章 钢筋混凝土柱在不同温度环境下的力学性能26-38
• 2.1 钢筋混凝土构件设计26
• 2.2 常温下构件轴压承载力计算26-27
• 2.3 高温下钢筋混凝土构件材料性能27-32
• 2.3.1 不均匀温度场27-28
• 2.3.2 构件高温下材料性能严重劣化28-31
• 2.3.3 构件应力-应变关系31-32
• 2.4 高温下钢筋混凝土构件力学性能32-33
• 2.5 高温后钢筋混凝土构件力学性能33-34
• 2.5.1 高温后混凝土力学性能34
• 2.5.2 高温后钢筋力学性能34
• 2.5.3 高温后钢筋混凝土粘结性能34
• 2.6 钢筋混凝土柱灾后加固结构的抗火性能34-36
• 2.6.1 构件的破坏等级及主要加固方式34-35
• 2.6.2 FRP加固结构国内外抗火性能研究现状35-36
• 2.7 本章小节36-38
• 第三章 圆截面钢筋混凝土柱在标准荷载下的抗火性能研究38-54
• 3.1 综述38
• 3.2 试验概况38-45
• 3.2.1 材料准备38-39
• 3.2.2 材料力学性能39-40
• 3.2.3 试件制作40-44
• 3.2.4 水降温可动反力支座安置44-45
• 3.3 试验构件安置及加载方法45-47
• 3.3.1 试件1安置45-46
• 3.3.2 试件2安置46-47
• 3.4 试验现象47-53
• 3.4.1 试件1试验现象47-49
• 3.4.2 试件2试验现象49-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 圆截面钢筋混凝土柱高温下的试验结果分析54-68
• 4.1 试件1承载力分析54
• 4.2 试件1数据统计及分析54-58
• 4.2.1 压力-位移时间变化曲线54-55
• 4.2.2 构件荷载-应变关系55-58
• 4.3 试件2数据统计及分析58-66
• 4.3.1 炉内温度-时间变化曲线58-60
• 4.3.2 四面受火构件荷载-时间变化曲线60-61
• 4.3.3 四面受火构件变形情况61-62
• 4.3.4 构件不同截面温度-时间变化曲线62-64
• 4.3.5 构件火灾后最大粒径统计分析64-65
• 4.3.6 受火时间对结构抗火性能影响65
• 4.3.7 保护层对结构抗火性能影响65-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 钢管-混凝土-CFRP复合加固钢筋混凝土柱的抗火性能研究及分析68-82
• 5.1 前言68
• 5.2 材料准备68
• 5.3 材料的力学性能68-70
• 5.4 试件加固方案70-72
• 5.5 加固构件安置及加载过程72
• 5.6 试验现象72-75
• 5.6.1 构件常温加载过程试验现象72-73
• 5.6.2 构件高温下试验现象73-75
• 5.7 试验数据统计及分析75-80
• 5.7.1 炉内温度-时间变化曲线75-77
• 5.7.2 四面受火构件压力-时间变化曲线77
• 5.7.3 四面受火构件变形情况77-78
• 5.7.4 不同截面温度-时间变化曲线78-80
• 5.8 本章小结80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 该课题主要工作及结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-86
• 作者简介86-88
• 致谢88-89

【参考文献】

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本文编号：1117100