火灾后对接连接装配式钢筋混凝土梁承载性能研究

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装配式建筑在基本建设领域的应用越来越广泛。当建筑结构遭受火灾时,其材料性能会严重劣化进而导致其承载性能的降低,因此,开展受火灾作用建筑结构的承载性能劣化机理的研究是当今防灾减灾领域的研究热点,而对大量兴起的装配式建筑结构的耐火性能研究更具有重要现实意义。建筑结构除了承受静力荷载之外,在一些特定环境下还会承受循环荷载的作用,开展火灾高温与循环荷载耦合作用下的建筑结构承载性能劣化机理与评价方法研究具有重要理论意义和实践价值。本文主要以装配式钢筋混凝土梁为研究对象,就其火灾高温作用后的静力、循环荷载作用下的疲劳性能开展研究。设计了两端为预制部分、在跨中采用灌浆套筒钢筋连接的对接装配式钢筋混凝土简支梁试件,以模拟钢筋混凝土梁该类装配式连接节点的性能,并对其进行了在火灾高温作用后的静力抗弯性能对比试验。在此基础上,进行了受火灾作用装配式钢筋混凝土梁静力与疲劳性能的理论与数值模拟分析,分析总结了承载性能劣化的基本规律。主要研究内容与成果如下:(1)制作了两种型号的灌浆套筒钢筋连接件,对其进行了拉伸试验,测量了套筒连接件的屈服强度和极限强度,对每组套筒的破坏形态进行了观察分析。测试结果表明,两种型号的灌浆套筒连接件均发生了套筒外连接钢筋的断裂破坏,未发生套筒开裂或钢筋的刮犁式拔出破坏,灌浆套筒连接件的抗拉强度均大于其连接钢筋抗拉强度标准值。(2)对2根装配式钢筋混凝土试验梁进行了火灾升温试验,研究了受火时间对装配式钢筋混凝土试验梁截面温度的影响。升温试验结果表明,各装配式钢筋混凝土试验梁在不同受火时间下的截面温度-时间曲线变化规律基本类似;相同升温时刻试验梁截面内部测点温度高低与距离受火表面的远近有关,且存在明显的温度梯度;当炉温曲线出现峰值时,试验梁截面测点温度峰值的出现会相对滞后。(3)对上述2根经历不同受火作用时间的装配式钢筋混凝土试验梁和1根常温对比试验梁进行了静载作用下的受弯性能试验,分析了不同受火时间对装配式钢筋混凝土梁的挠度、钢筋和混凝土应变、承载能力、裂缝开展和破坏形态的影响。试验结果显示,试验梁均发生了正截面受弯破坏,试验梁装配对接面没有出现明显的开裂现象,灌浆套筒连接处并未发生钢筋拉断或拔出破坏的现象,即连接缝部位与预制部分的结合没有出现明显薄弱迹象;随着经历受火时间的增加,装配式钢筋混凝土试验梁的开裂弯矩、抗弯刚度、抗弯承载能力逐渐降低,裂缝发展也更为明显。与常温对比试验梁的开裂弯矩相比,受火时间为60min的试验梁开裂弯矩降低了12.5%,受火时间为120min的试验梁开裂弯矩降低了25%;相对于常温对比试验梁,受火时间为60min的试验梁极限弯矩降低了7%,受火时间为120min的试验梁极限弯矩降低了12%。(4)在试验研究基础上并借鉴现有相关文献资料的研究成果,对受火灾高温作用的装配式钢筋混凝土梁的剩余抗弯承载力退化规律进行了分析,并以此为基础,提出了火灾高温后疲劳荷载作用下装配式钢筋混凝土梁的剩余抗弯承载力预测方法,应用该方法对本文试验梁进行了疲劳荷载作用下的剩余抗弯承载力分析。分析结果表明,在相同疲劳寿命比的情况下,随着经历升温时间的增加,试验梁的疲劳剩余抗弯承载力逐渐降低,因此,火灾高温作用对装配式钢筋混凝土梁的耐疲劳性能具有明显不利影响。(5)在上述试验研究的基础上,对装配式钢筋混凝土试验梁进行了静力加载全过程有限元模拟分析,并将模拟分析结果与试验实测结果进行了对比,对比结果显示,模拟分析结果与试验实测结果吻合尚好。(6)运用Fe-safe疲劳分析软件,对常温、经历受火作用60min和经历受火作用120min的3根装配式钢筋混凝土试验梁进行了循环荷载作用下的疲劳性能分析,分析结果表明,试验梁的疲劳损伤主要集中在跨中梁顶区域且由跨中向两侧扩展;在应力比相同的条件下,随着经历受火时间的增长,试验梁的疲劳寿命降低明显。
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