考虑二次受力影响的外包钢加固RC柱抗火性能研究

摘要

对于已建成的钢筋混凝土结构，由于建筑功能的改变，建筑物老化等原因导致结构安全性，适用性和耐久性不能满足要求，结构加固成为提高建筑物可靠性的重要手段。对于截面尺寸受限制的钢筋混凝土构件，外包钢加固是一种能大幅提高承载力的方法。目前，国内外开展了一些有关外包钢加固钢筋混凝土构件的力学性能研究，其抗火性能研究也日益引起重视。由于外包钢加固钢筋混凝土结构属于二次受力，这使其与未经加固的普通结构的受力性能有较大差别，因此在研究外包钢加固钢筋混凝土柱抗火性能时需考虑二次受力影响。
　　针对以上情况，本文基于课题研究组进行的4根外包角钢加固钢筋混凝土柱的抗火性能试验数据，进行了考虑二次受力影响的有限元模拟分析。主要研究工作如下:
　　(1)参考课题组试验数据和相关参考资料，选取合适的材料热力学性能和热工参数。
　　(2)利用ABAQUS有限元软件建立了外包钢加固钢筋混凝土柱的有限元分析模型，在温度场分析时，考虑火灾下保护层砂浆爆裂和灌浆缝缓热作用，在热-力耦合分析时，考虑混凝土-角钢界面环氧树脂胶黏剂高温失效及汽化，但不考虑混凝土保护层的力学贡献。
　　(3)在不考虑二次受力影响的条件下，取课题组完成的4根试验试件进行有限元模拟，将数值模拟得到的温度场和柱顶轴向位移曲线和试验数据进行对比，验证模型的合理性。
　　(4)在验证模型的基础上，通过杀死激活单元和单元追踪来模拟二次受力的影响，通过加固前后荷载分配比n来表示第一次受力和第二次受力的分配情况，分析不同n值对外包钢加固RC柱变形和耐火极限的影响。
　　(5)分析不同荷载比、偏心率、配筋率和角钢尺寸对二次受力下外包钢加固钢筋混凝土柱抗火性能的影响，重点考察了参数的变化对一次受力与二次受力耐火极限影响的区别，参考设计与工程实际，总结二次受力对外包钢加固钢筋混凝土柱抗火性能的不利影响，并提出有关抗火设计建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 外包钢加固钢筋混凝土构件研究现状

1．3 加固构件考虑二次受力研究现状

1．3．1 常温下二次受力加固构件力学性能

1．3．2 高温下二次受力加固构件力学性能

1．4 加固构件抗火性能研究现状

1．4．1 碳纤维布(CFRP)加固构件抗火研究现状

1．4．2 高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固构件抗火研究现状

1．4．3 外包钢加固钢筋混凝土构件抗火研究现状

1．5 本文主要研究内容

第二章 高温下结构材料特性

2．1 引言

2．2 高温下混凝土的热工性能和热力学性能

2．2．1 热工性能

2．2．2 热力学性能

2．2 高温下钢材热工性能和热力学性能

2．2．1 热工参数

2．2．2 热力学性能

2．3 外包钢-混凝土界面胶黏剂材性

2．3 本章小结

第三章 外包钢加固RC柱的有限元模型介绍

3．1 引言

3．2 温度场模型

3．2．1 基本假定

3．2．2 温度场有限元模型介绍

3．2．3 温度场模型验证

3．3 热-力耦合模型

3．3．1 基本假定

3．3．2 热-力耦合有限元模型介绍

3．3．3 模型验证

3．4 本章小结

第四章 二次受力对外包钢加固RC柱抗火性能的影响

4．1 引言

4．2 二次受力

4．2．1 生死单元

4．2．2 单元追踪

4．3 二次受力对外包钢加固RC柱抗火性能的影响

4．3．1 二次受力对变形和耐火极限的影响

4．3．2 二次受力与一次受力应力传递对比

4．4 本章小结

第五章 考虑二次受力的外包钢加固RC柱的抗火性能分析

5．1 引言

5．2 参数分析

5．2．1 荷载比μ的影响

5．2．2 偏心率e的影响

5．2．3 配筋率ρ的影响

5．2．4 角钢尺寸(承载力提高系数β)的影响

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图表目录

致谢

作者简历