鋼管混凝土界面經(jīng)歷升、降溫火災(zāi)后的粘結(jié)性能研究

隨著鋼管混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用日益增多，其發(fā)生火災(zāi)的概率也隨之提高。深入研究其火災(zāi)后的力學(xué)性能和承載力損傷，對(duì)合理制定該類結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的修復(fù)加固措施非常必要。特別對(duì)于受火后的建筑，是拆除重建還是修復(fù)加固，將直接產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 鋼管混凝土的界面粘結(jié)性能是鋼管和混凝土之間共同受力與協(xié)調(diào)變形的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外對(duì)鋼管混凝土界面粘結(jié)性能的研究大多局限于常溫下的研究，對(duì)于受火災(zāi)作用后以及高溫下的研究很少。已有的研究表明，鋼材和混凝土的材料性能在高溫下和高溫后均有不同程度的劣化，導(dǎo)致火災(zāi)下和火災(zāi)后的鋼與混凝土界面粘結(jié)強(qiáng)度發(fā)生損失，從而對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的變形和承載力產(chǎn)生較大影響。 基于以上背景，同時(shí)本文對(duì)經(jīng)歷升、降溫火災(zāi)后以及高溫下鋼管混凝土界面的粘結(jié)性能進(jìn)行研究。主要工作和成果如下： （1）進(jìn)行了52根鋼管混凝土柱試件的火災(zāi)升、降溫試驗(yàn)與火災(zāi)后反復(fù)推出試驗(yàn)，分析了截面類型、鋼管徑厚比、長徑比、升溫時(shí)間、降溫速率及火災(zāi)類型等因素對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度與荷載—滑移曲線的影響，并得到了界面粘結(jié)力的分布規(guī)律。 （2）進(jìn)行了23個(gè)恒高溫下鋼管混凝土試件的推出滑移試驗(yàn)，主要研究參數(shù)包括恒溫溫度、長徑比和徑厚比等。試驗(yàn)結(jié)果表明，在20℃～900℃研究范圍內(nèi)，恒溫溫度和長徑比對(duì)圓鋼管混凝土平均粘結(jié)強(qiáng)度有顯著的影響，而鋼管徑厚比對(duì)平均粘結(jié)強(qiáng)度影響很小。 （3）基于本文試驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，分別確定了影響火災(zāi)后和火災(zāi)下鋼管與混凝土之間粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，回歸了火災(zāi)后和火災(zāi)下粘結(jié)強(qiáng)度以及峰值荷載對(duì)應(yīng)的滑移值公式，并修正了火災(zāi)后和火災(zāi)下界面粘結(jié)力—相對(duì)滑移本構(gòu)關(guān)系。 （4）基于火災(zāi)后和火災(zāi)下鋼管混凝土界面粘結(jié)力—相對(duì)滑移本構(gòu)關(guān)系模型，建立了考慮鋼管與混凝土相互作用的鋼管混凝土火災(zāi)后和火災(zāi)下推出滑移的精細(xì)有限元模型，采用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；基于建立的有限元模型，深入探討鋼管混凝土的粘結(jié)滑移機(jī)理；并將相關(guān)模型和技術(shù)應(yīng)用于包含鋼管與混凝土的組合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究中。 2100433B

鋼管混凝土充分發(fā)揮了混凝土和鋼材的優(yōu)點(diǎn)，在工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。鋼管與混凝土之間的粘結(jié)作用是兩者能共同工作的基礎(chǔ)。目前，已有不少關(guān)于其常溫下界面粘結(jié)性能的研究，相比火災(zāi)后粘結(jié)性能的研究比較少。因此，開展該方面的研究具有重要的理論應(yīng)用和應(yīng)該價(jià)值。 本項(xiàng)目采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，深入研究火災(zāi)后鋼管混凝土界面的粘結(jié)性能。首先開展鋼管混凝土試件的升、降溫火災(zāi)試驗(yàn)和相應(yīng)火災(zāi)后推出試驗(yàn)，分析界面粘結(jié)力的傳遞規(guī)律及各參數(shù)對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律，得出火災(zāi)后粘結(jié)強(qiáng)度公式和粘結(jié)力-相對(duì)滑移本構(gòu)關(guān)系；接著建立考慮材料劣化以及鋼管與混凝土相互作用的鋼管混凝土火災(zāi)后推出滑移的精細(xì)有限元模型，采用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；基于建立的有限元模型，深入探討鋼管混凝土的粘結(jié)滑移機(jī)理；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行考慮界面粘結(jié)滑移的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)）火災(zāi)后承載力的參數(shù)分析，得到各參數(shù)的影響規(guī)律，并提出相應(yīng)的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)建議。

鋼管混凝土因其能充分發(fā)揮鋼和混凝土這兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在各類建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，由于頻繁的建筑火災(zāi)事故已造成相當(dāng)數(shù)量的倒塌事故，一些廠房在高溫下有發(fā)生化學(xué)爆炸的可能，以及人為爆炸等原因?qū)Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生高溫（火災(zāi)）下倒塌過程中的沖擊力作用逐步引起人們的重視。因此，需開始考慮各類建筑的高溫（火災(zāi)）下抗沖擊設(shè)計(jì)和高溫（火災(zāi)）后抗沖擊修復(fù)加固設(shè)計(jì)，以提高結(jié)構(gòu)高溫（火災(zāi)）下和高溫（火災(zāi)）后整體性和抗倒塌能力。然而目前國內(nèi)外還未見有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)件在高溫（火災(zāi)）下和高溫（火災(zāi)）后抗沖擊性能研究。鋼管混凝土已被證明具有良好的抗爆、抗沖擊力學(xué)性能，同時(shí)，又具有較好的耐火性能和火災(zāi)后力學(xué)性能，也必將具有較好的高溫（火災(zāi)）下和高溫（火災(zāi)）后的抗沖擊力學(xué)性能。研究結(jié)構(gòu)高溫下和高溫后的抗沖擊性能，可為進(jìn)行結(jié)構(gòu)高溫（火災(zāi)）下抗爆、抗沖擊和抗倒塌設(shè)計(jì)以及高溫（火災(zāi)）后抗沖擊評(píng)估和抗沖擊修復(fù)加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 2100433B