高性能混凝土剪力墻抗火性能試驗研究與理論分析

在熱工指標和受拉力學性能指標試驗測定的基礎上，對高性能混凝土剪力墻結構在持荷狀態(tài)下的火災反應和抗火性能進行試驗研究。在適用于高溫下高性能混凝土剪力墻內(nèi)數(shù)字溫度場建立后，進行基于損傷力學的非線性有限元理論分析。最后對火災損傷后高性能混凝土剪力墻的抗震性能進行試驗研究。 2100433B

為了深入研究面內(nèi)約束作用下混凝土板火災行為，本項目開展約束作用下混凝土雙向板火災試驗、數(shù)值模擬和理論分析。 試驗方面：通過十塊不同面內(nèi)約束工況混凝土雙向板火災試驗，獲得爐溫、混凝土和鋼筋溫度、板平面外（內(nèi)）變形、板角（平面內(nèi)）約束力等隨時間變化規(guī)律，觀測了試驗中混凝土板裂縫及破壞特征。 研究表明，由于板角約束作用，簡支板及單（雙）向面內(nèi)約束板均出現(xiàn)板角弧形斜裂縫；與火災下簡支板不同，單（雙）向面內(nèi)約束板板頂均易出現(xiàn)通長裂縫，且單（雙）向約束作用傾向于增加試驗板豎向變形，原因在于約束作用引起的P-δ效應。 數(shù)值方面：根據(jù)熱彈塑性理論和板殼單元，考慮面內(nèi)約束作用和含水率影響，建立了混凝土雙向板數(shù)值模型，發(fā)展程序?qū)γ鎯?nèi)約束混凝土試驗板進行數(shù)值分析，獲得了幾何(非)線性和混凝土膨脹應變對約束試驗板變形、彎矩分布和薄膜機理影響規(guī)律。此外，通過參數(shù)分析研究了約束類型、約束水平、長寬比、配筋率和板厚等對面內(nèi)約束混凝土板溫度場、變形、破壞模式和耐火極限等影響。研究表明，對任一約束工況，較大混凝土膨脹應變導致約束板較大變形，且?guī)缀畏蔷€性影響不可忽略；面內(nèi)約束作用傾向于降低跨中彎矩和增大板邊負彎矩，且不利于板大變形階段受拉薄膜效應發(fā)展；約束板火災行為取決于約束類型、約束水平和長寬比等相互作用。 理論方面：基于塑性鉸線理論，考慮受拉薄膜效應，提出鋼筋應變差概念和應變破壞準則，結合板塊內(nèi)力平衡方程，建立常溫及火災下面內(nèi)約束混凝土雙向板承載力計算方法。研究表明：鋼筋應變差理論所得薄膜效應階段混凝土雙向板荷載-位移曲線較為合理，且能夠確定混凝土雙向板極限狀態(tài)及相關參數(shù)。 本項目研究成果可為實際工程中提高混凝土雙向板抗火性能提供參考。 2100433B

采用含不同纖維的高性能混凝土進行試驗研究.。探明不同纖維品種、摻量對高溫爆裂發(fā)生和.力學性能的影響，確定纖維改善高性能混凝土.抗火性的工藝措施。測定纖維對高性能混凝土.斷裂參數(shù)的影響，觀測宏觀與細觀尺度上裂紋.擴展特征，測定微觀孔結構的變化?；谠囼?結果建立高性能纖維混凝土抗火性改善的機理.，確保高性能混凝土的火災安全性和耐久性。. 2100433B

通過高性能纖維混凝土剪力墻的試驗研究和理論分析，探討鋼纖維和合成纖維對鋼筋混凝土剪力墻的受彎、受剪性能及抗震性能的影響，分析纖維品種、纖維摻加方式和纖維摻量等因素對不同混凝土強度等級的剪力墻的剛度、裂縫寬度、延性、耗能能力等的增強、增韌效果，建立受彎承載力和受剪承載力的計算模型和相應的計算方法以及延性耗能能力的評價方法。對于已損壞剪力墻，采用高性能自密實混凝土置換損壞混凝土并粘貼纖維增強塑料（FRP）的方法進行修補，通過試驗研究，探索FRP材料與高性能混凝土間的粘結機理，分析該加固方法對剪力墻受彎、受剪性能的加固效果和對抗震性能的改善作用，建立加固后剪力墻的受彎、受剪承載力的計算方法以及抗震性能的評價方法。本項目對于發(fā)展和完善纖維混凝土設計理論和結構加固理論、推廣新材料的應用具有較大的理論和實際意義。 2100433B