多跨钢桁架预应力叠合板抗火性能试验研究

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钢桁架预应力叠合板是由钢桁架预应力预制底板和后浇混凝土层两者叠合构成的一种新型整体装配式楼板,具有使用跨度大、承载力高、刚度大抗裂性能好、施工简单快捷、节省模板等优点,在国内装配式建筑中广泛应用。目前,钢桁架预应力混凝土叠合板常温下受力性能的研究已有较系统的成果,但火灾高温作用下对其受力性能的研究,特别是考虑结构中楼板作为连续构件受火进行研究的成果还未见报道。本文研究考虑结构中楼板实际约束情况并结合实验室条件,对两跨不同叠合层厚度的钢桁架预应力混凝土连续叠合板进行火灾高温和荷载耦合作用下的抗火性能试验研究与分析。研究结果对钢桁架预应力混凝土叠合板抗火设计以及火灾后该类楼板损伤评估、加固等提供了重要参考,研究成果具有一定的工程应用价值。本文介绍了4块不同叠合层厚度的钢桁架预应力混凝土叠合板,分别在单跨受火和双跨受火工况下的耐火极限试验,研究叠合板在火灾高温和荷载耦合作用下的受力性能、破坏机理及破坏形态,主要结论如下:(1)多跨钢桁架预应力叠合板,由于受预制层混凝土强度高,叠合面粘结强度低,变形受支座约束,预应力筋使混凝土预先受压等因素影响,火灾时预制层将产生严重爆裂。(2)多跨钢桁架预应力叠合板受火灾作用时,由于温度梯度产生的温度应力,在中间支座负弯矩钢筋切断点截面处将产生垂直于板跨的裂缝,裂缝贯穿整个后浇层,裂缝的出现将改变荷载作用下连接板的内力分布规律。(3)在温度-荷载耦合作用下,叠合板的叠合面处会产生剪切应力,使得叠合面处发生剪切破坏而发生分离,产生水平裂缝。(4)多跨钢桁架预应力叠合板受火灾高温作用,虽然叠合面发生粘结破坏产生水平裂缝,且板底损伤严重,但仍然有较好的工作性能,说明钢桁架以及叠合板两端预留胡子筋锚固在端部现浇混凝土内对叠合板的整体性起到了关键作用,因此,为提高板的抗火性能,应适当设置钢桁架,且建议钢桁架锚固到支座内。(5)多跨钢桁架预应力叠合板在火灾高温-荷载耦合的作用下,导致混凝土及预应力筋的材料力学性能劣化,造成叠合板的整体刚度退化,承载力降低,中间支座产生垂直于板跨的裂缝,叠合板产生较大挠曲变形。后浇叠合层厚度越小,火灾时板受力性能相对损伤越严重,抗火性能越差。(6)由于板底预制层爆裂脱落,楼板变薄,后浇层较薄的板隔热性能降低严重,板顶温度迅速升高,达到耐火极限。后浇层为60mm叠合板的耐火极限为90min,后浇层为80mm叠合板的耐火极限为130min,因此建议叠合板后浇层厚度不宜小于60mm。(7)多跨钢桁架预应力叠合板单跨受火与多跨受火,火灾行为基本相同,但多跨受火与单跨受火相比其在火-荷载耦合作用下的变形要大。
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