碳纖維布加固混凝土受彎構(gòu)件抗火性能與抗火設(shè)計(jì)方法

針對(duì)碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用，而對(duì)其抗火研究甚少這一突出問題，首先分析清碳纖維布加固混凝土受彎構(gòu)件火災(zāi)下的失效機(jī)理，進(jìn)而提出外涂防火涂料和用高軟化點(diǎn)粘貼膠替代常規(guī)粘貼膠來改善構(gòu)件抗火性能的設(shè)想，在此基礎(chǔ)上通過計(jì)算機(jī)仿真分析和實(shí)體模型試驗(yàn)，得到防火涂料品種及厚度、實(shí)際有效荷載、截面特征、構(gòu)件原抗力水平、加固提高的抗力幅值等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)采用常規(guī)粘貼膠的碳纖維布加固混凝土受彎構(gòu)件和采用高軟化點(diǎn)粘貼膠

預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)是由剛性上弦、預(yù)應(yīng)力拉索及腹桿連接形成的混合雜交自平衡結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)受力合理，自重輕，近年來廣泛應(yīng)用于大跨結(jié)構(gòu)屋蓋體系中。然而，由于結(jié)構(gòu)中存在預(yù)應(yīng)力，拉索錨固節(jié)點(diǎn)鑄體材料熔點(diǎn)低，且高溫下預(yù)應(yīng)力索體強(qiáng)度退化更為嚴(yán)重等因素，張弦梁結(jié)構(gòu)抗火性能比普通結(jié)構(gòu)鋼更差。但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)于預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火研究很少，在工程實(shí)踐中按普通鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗火設(shè)計(jì)，造成極大的安全隱患。本項(xiàng)目通過試驗(yàn)研究、理論分析，從材料、節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)層次對(duì)預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火關(guān)鍵技術(shù)問題開展了較為的系統(tǒng)研究：1）對(duì)1860MPa級(jí)鋼絲進(jìn)行了高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)試驗(yàn)研究，揭示了溫度對(duì)熱膨脹系數(shù)的影響，建立了高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)擬合公式；2）對(duì)1860MPa級(jí)鋼絞線、1860MPa級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲等進(jìn)行了高溫穩(wěn)態(tài)拉伸試驗(yàn)研究，建立屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、彈性模量與溫度之間的關(guān)系模型、以及高溫應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系模型，給出了抗火設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)取值；3）對(duì)預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行了高溫應(yīng)力損失試驗(yàn)研究，研究了不同溫度、不同初始應(yīng)力下的應(yīng)力損失規(guī)律，提出預(yù)應(yīng)力索高溫應(yīng)力損失理論算法；4）研究提出了5種預(yù)應(yīng)力索體防火保護(hù)方法，并通過標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫試驗(yàn)，對(duì)方法有效性、可行性進(jìn)行了驗(yàn)證；5）對(duì)鋼絞線-熱鑄錨錨固節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了耐火性能試驗(yàn)研究，建立了錨固節(jié)點(diǎn)高溫承載力計(jì)算公式；6）對(duì)預(yù)應(yīng)力張弦梁進(jìn)行了抗火試驗(yàn)，研究了火災(zāi)全過程中索體內(nèi)力、張弦梁變形、溫度分布隨時(shí)間的變化規(guī)律，以及初始預(yù)應(yīng)力水平、荷載比、火災(zāi)升溫曲線對(duì)張弦梁抗火性能的影響，揭示了破壞模式與破壞機(jī)理；7）對(duì)預(yù)應(yīng)力張弦梁進(jìn)行了有限元數(shù)值參數(shù)分析，重點(diǎn)研究了初始預(yù)應(yīng)力比、荷載比、受火條件等因素對(duì)張弦梁抗火性能的影響；進(jìn)而提出了預(yù)應(yīng)力張弦梁抗火安全判定準(zhǔn)則、抗火承載力實(shí)用計(jì)算方法以及防火設(shè)計(jì)方法。本項(xiàng)目研究結(jié)果對(duì)預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)具有理論意義和應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)抗火研究也具有參考意義。 2100433B

預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)是工程常用的大跨度結(jié)構(gòu)形式。由于火災(zāi)下鋼材性能退化和熱膨脹導(dǎo)致拉索預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重?fù)p失、拉索錨固節(jié)點(diǎn)鑄體材料（低熔點(diǎn)鋅銅合金、環(huán)氧樹脂）熔點(diǎn)低等不利因素影響，張弦梁結(jié)構(gòu)抗火性能遠(yuǎn)比普通鋼結(jié)構(gòu)差，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此研究很少。為此，本項(xiàng)目擬采用試驗(yàn)和有限元理論、基于極限平衡狀態(tài)的溫度增量迭代分析法相結(jié)合的研究方法，從材料、節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)層次對(duì)預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火關(guān)鍵技術(shù)問題開展系統(tǒng)研究，揭示火災(zāi)作用對(duì)索體材料力學(xué)物理性能、索體錨固節(jié)點(diǎn)受力性能、預(yù)應(yīng)力張弦梁受力性能的影響規(guī)律，建立索體材料的熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)度、彈性模量與溫度之間關(guān)系模型以及高溫應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系模型，建立火災(zāi)下索體升溫及預(yù)拉力損失簡(jiǎn)化計(jì)算方法、索體錨固節(jié)點(diǎn)防火設(shè)計(jì)方法、張弦梁抗火承載力實(shí)用計(jì)算方法，提出預(yù)應(yīng)力張弦梁抗火安全準(zhǔn)則，系統(tǒng)地解決預(yù)應(yīng)力張弦梁抗火分析及防火設(shè)計(jì)問題，為工程設(shè)計(jì)及規(guī)范編制提供依據(jù)。

采用準(zhǔn)確可靠的方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗火設(shè)計(jì)，可避免或減小建筑火災(zāi)導(dǎo)致的直接和間接損失。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)規(guī)范主要基于單獨(dú)構(gòu)件抗火性能的研究成果。然而，局部火災(zāi)下或考慮火災(zāi)蔓延效應(yīng)，不同鋼柱升溫速度不同，一方面高溫鋼柱的熱變形受到約束；另一方面，構(gòu)件剛度比發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分布，因此必須考慮結(jié)構(gòu)整體性的影響。同時(shí)，由于隔墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的保護(hù)，局部火災(zāi)下鋼柱的截面溫度可能不均勻。目前已經(jīng)有對(duì)受約束鋼柱抗火性能的研究，但主要集中在火災(zāi)下受約束鋼柱彎曲屈曲方面，且假設(shè)鋼柱所受約束不變，及鋼柱長(zhǎng)度和截面方向溫度均勻。另外，給出的受約束鋼柱抗火分析方法是建立在數(shù)值計(jì)算結(jié)果上的回歸公式，公式系數(shù)沒有明確的物理意義。本項(xiàng)目擬基于壓彎構(gòu)件彈塑性屈曲分析理論，研究受約束鋼柱抗火性能分析方法，并考慮鋼柱截面溫度不均勻的影響。通過9個(gè)受約束鋼柱抗火試驗(yàn)對(duì)理論模型進(jìn)行驗(yàn)證，以建立更準(zhǔn)確可靠的鋼柱抗火分析理論。