高温后FRP筋混凝土梁静力与疲劳受弯性能试验研究

发布时间：2020-07-05 04:22

【摘要】：为研究高温后纤维增强复合材料(FRP)筋混凝土梁在静力和疲劳荷载作用下的受弯性能,本文测试了不同高温下混凝土梁截面的温度场、不同高温条件作用后高强混凝土的力学性能、不同高温条件作用后FRP筋的拉伸疲劳性能以及高温暴露后静载和疲劳荷载作用下FRP筋混凝土梁的受弯性能。通过一系列试验,探讨了不同高温温度和升温速率情况下混凝土梁截面温度场随恒温时间的变化规律,分析了不同高温作用后混凝土力学性能的劣化规律和机理,研究了高温对不同FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度、刚度和剩余承载力的影响规律,提出了高温后FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度、刚度及剩余受弯承载力的计算方法,探讨了高温温度、恒温时间、疲劳荷载应力比和FRP筋类型对高温后FRP筋混凝土梁受弯性能的影响规律,提出了FRP筋混凝土梁疲劳寿命的预测模型和方法。主要研究内容与结论如下:(1)通过14根混凝土梁在高温炉中的加热试验,探讨了高温温度、升温速率、传热距离和受热方式等对混凝土梁截面温度分布的影响规律。结果表明,混凝土梁截面温度场在不同温度工况下随恒温时间的变化规律类似,升温速率对不同加热时间条件下混凝土梁截面温度场存在一定的影响。随着加热时间的延长,升温速率对混凝土梁截面温度变化的影响程度逐渐降低。各种高温温度工况下,恒温时间一定时,混凝土梁截面各测点的温度值大小不同,截面温度分布不均匀,存在明显的温度梯度。(2)通过测试126个不同温度作用后混凝土试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量,探讨了不同温度梯度(高温温度和恒温时间)作用对高强混凝土力学性能的影响规律,分析了温度梯度对高强混凝土力学性能的劣化机理。结果表明,高温温度和恒温时间共同决定了高温后混凝土力学性能的劣化程度;高温温度越高,混凝土试件内温度梯度越大,不同温度下材料性能差别越大,混凝土力学性能下降越显著;同时结合不同加热时间时混凝土梁内温度场的变化规律,探讨了高温温度梯度对混凝土力学性能的劣化机理;建立了考虑高温温度和恒温时间的混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和弹性模量的计算公式。(3)通过105根玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋在高温后的拉伸性能试验,分析了高温温度和恒温时间对GFRP筋单调加载力学性能和循环荷载作用后力学性能的劣化规律。研究发现,随着高温温度的升高和恒温时间的延长,GFRP筋的抗拉强度和弹性模量均呈降低趋势,在试验温度范围内(即25~350~oC),GFRP筋的抗拉强度和弹性模量的最高损失率分别为28.0%和18.3%。疲劳荷载加速了高温后GFRP筋的劣化,高温温度和恒温时间的耦合增强了疲劳荷载对GFRP筋的劣化;疲劳荷载对高温后GFRP筋拉伸弹性模量的劣化明显,与常温时单调荷载作用下的弹性模量相比最大降低了17.6%;在试验研究的基础上并结合已有研究成果,提出了高温后GFRP筋剩余抗拉强度和弹性模量的计算公式。(4)通过7根FRP筋混凝土梁在高温后的受弯性能试验,探讨了高温温度和FRP筋类型对FRP筋混凝土梁的开裂荷载、裂缝发展状况、挠度、极限承载力以及破坏形态等的影响规律。结果表明,随着高温温度的升高,高温作用对FRP混凝土梁的最大裂缝宽度、挠度和极限承载力劣化作用明显;与常温FRP筋混凝土梁相比,高温400~oC时,GFRP筋和CFRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度分别增加了42.9%和41.7%,挠度增加了103.6%和22.0%,极限承载力降低了11.9%和3.9%;同时提出了考虑高温劣化作用影响的FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度、刚度和剩余极限承载力的计算公式。(5)通过12根FRP筋混凝土梁高温后受弯疲劳性能试验,研究了疲劳荷载作用下不同高温温度、恒温时间、疲劳荷载应力比及FRP筋类型对FRP筋混凝土梁的裂缝发展、最大裂缝宽度、挠度、破坏形态及疲劳寿命的影响规律。结果表明,随着疲劳荷载循环次数的增加,高温后FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度逐渐增大,且高温温度、恒温时间、疲劳荷载应力比和FRP筋类型对裂缝宽度发展规律影响明显;常温下和高温后FRP筋混凝土梁的跨中挠度随疲劳荷载循环次数的增加而增大,且在2万次循环以内跨中挠度增加较为明显,超过2万次循环后,跨中挠度增长缓慢;引入了疲劳荷载作用下梁的刚度衰减系数,提出了疲劳荷载作用下常温和高温后FRP筋混凝土梁刚度的计算方法;随着高温温度的升高、恒温时间的延长、疲劳荷载应力比的降低,FRP筋混凝土梁的疲劳寿命降低明显,相同高温条件和加载特征时CFRP筋混凝土梁的疲劳寿命明显优于GFRP筋混凝土梁;基于损伤力学理论,以刚度退化为基础,建立了考虑高温温度和疲劳荷载循环次数的FRP筋混凝土梁的疲劳寿命预测模型。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU37
【图文】：

高温炉,用电,升温曲线

400ISO 834 标准升温10oC/min 600ISO 834 标准升温10oC/min 800ISO 834 标准升温10oC/min 2.2.3 试验设备加热试验选用两种不同加热源的高最大为 10oC/min，工作温度最大为 100速率高温炉中的升温曲线见图 2.2；另一现 ISO 834 标准升温曲线加热，高温炉中的升温曲线见图 2.4。两种高温炉均采升温、保温和停机。

高温炉,混合加热,测温

图 2.3 混合加热高温炉选用K型热电偶作为测温设备，热电oC。试验时使用自动记录仪采集混凝土2.2.4 试验梁截面尺寸考虑高温炉中温度的均匀性，依据的尺寸为 150mm×200mm×1200mm（于接近高温炉中心位置，关闭高温炉一通过测温电偶进行数据采集。为减少热用耐高温石棉将混凝土梁与炉门间隙进结果表明加热时炉内温度恒定，可以满将试件完全放置高温炉中，测温电偶从2.2.5 梁测温截面及测温电偶的布置

【相似文献】