HPFL加固受火RC梁二次受力抗弯力学性能研究

摘要

高性能复合砂浆钢筋网(HPFL)加固混凝土结构是一种有效实用的加固技术，在修补火灾后RC梁时表现出了良好的性能。
　　本文对采用HPFL加固受火RC梁二次受力抗弯力学性能进行了分析和研究，本文的主要研究内容如下：
　　1.总结了国内外已有的混凝土和钢筋的热工参数和高温后的材料性能，包括强度、弹性模量、应力-应变关系曲线，以及高温后钢筋和混凝土之间的粘结强度。对比发现，混凝土的热工性能受温度影响很大，随着温度升高，强度和弹性模量下降厉害，当温度超过800℃后残余量不足20％，应力-应变关系曲线逐渐变缓，峰值点向下和向右移动;钢筋的热工性能受温度影响较混凝土小，当不超过800℃时，强度和弹性模量的折减系数一般不超过0.8，应力-应变曲线表现为斜率逐渐减小，钢筋的塑形变形增加，伸长率逐渐增大。这两类材料高温冷却后热工性能恢复不明显。钢筋和混凝土之间的粘结强度随着温度升高而降低。
　　2.介绍了ANSYS模拟HPFL加固受火RC梁的基本理论，对二维状态下的RC梁截面温度场进行了模拟，受火时间和截面尺寸对截面温度分布影响最大，并给出了不同尺寸在不同受火时间下的截面温度场分布。采用ANSYS建立了HPFL加固受火RC梁的三维模型，详述了材料特性和建模过程，并分析了有限元模拟受火RC梁加固后的抗弯承载能力和抗弯刚度。
　　3.在已有试验的基础上，以截面应变保持线性分布的假定和内力平衡为基础建立力学方程，对高温后RC梁抗弯剩余承载力和HPFL加固受火RC梁二次受力抗弯承载力进行了分析与计算，分析了RC梁的破坏形态，提出了钢筋网和复合砂浆滞后应变的计算公式以及RC梁抗弯承载力的计算公式，将计算结果与试验值进行比较，结果表明，理论值与试验值吻合较好。
　　4.结合工程实例对受火RC梁剩余刚度和HPFL加固受火RC梁短期刚度进行了研究，表明HPFL加固技术除了提高构件承载力外，还可修补受火RC梁裂缝、修复外观，并可提高其抗弯刚度和改善开裂性能。同时采用刚度解析法对HPFL加固受火RC梁短期刚度进行了理论分析，提出了具体的计算公式，讨论了公式中变量的取值，计算结果表明加固后构件挠度满足规范要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 建筑火灾的危害

1．2 混凝土构件受火研究发展概况及现状

1．2．1 混凝土构件受火研究

1．2．2 常用混凝土构件加固技术

1．3 高性能复合砂浆钢筋网加固技术

1．3．1 HPFL加固技术发展概况

1．3．2 HPFL加固技术研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 材料性能分析

2．1 混凝土与钢筋的热工参数

2．2 高温后混凝土的力学性能

2．2．1 抗压强度

2．2．2 弹性模量

2．2．3 高温后混凝土的应力-应变关系

2．3 高温后钢筋的力学性能

2．3．1 钢筋的强度

2．3．2 钢筋的弹性模量

2．3．3 钢筋的应力-应变关系

2．4 高温后钢筋和混凝土的粘结性能

2．5 高性能复合砂浆的材料性能

2．6 本章小结

第3章 HPFL加固受火RC梁ANSYS分析

3．1 ANSYS有限元分析概述

3．1．1 瞬态热分析特性

3．1．2 非线性方程求解

3．2 截面温度场模拟与分析

3．2．1 基本假定

3．2．2 温度场模拟

3．2．3 温度场模拟结果分析

3．3 HPFL加固受火RC梁有限元数值分析

3．3．1 基本假定

3．3．2 有限元模型

3．3．3 单元类型选用及材料特性

3．3．4 建立模型及结果分析

3．4 本章小结

第4章 HPFL加固受火RC梁二次受力正截面抗弯承载力研究

4．1 基本假定

4．2 高温后RC梁剩余承载力计算

4．2．1 破坏形态

4．2．2 高温后混凝土受压区等效矩形应力图系数计算

4．2．3 剩余承载力计算

4．2．4 计算值与试验值对比

4．3 HPFL加固受火RC梁二次受力正截面承载力计算

4．3．1 滞后应变计算

4．3．2 二次受力抗弯承载力计算

4．3．3 计算值与试验值对比

4．4 本章小结

第5章 HPFL加固受火RC梁二次受力短期抗弯刚度研究

5．1 基本假定

5．2 HPFL加固受火RC梁短期刚度计算

5．2．1 高温后等效截面计算

5．2．2 高温后剩余刚度计算

5．2．3 HPFL加固后短期刚度计算

5．2．4 关于刚度公式中变量的讨论

5．3 工程实例应用

5．3．1 工程概况

5．3．2 加固方案

5．3．3 受火RC梁剩余刚度计算

5．3．4 受火RC梁加固后刚度计算

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文)