碳纖維布加固混凝土受彎構件抗火性能與抗火設計方法

針對碳纖維布加固混凝土結構大量應用，而對其抗火研究甚少這一突出問題，首先分析清碳纖維布加固混凝土受彎構件火災下的失效機理，進而提出外涂防火涂料和用高軟化點粘貼膠替代常規(guī)粘貼膠來改善構件抗火性能的設想，在此基礎上通過計算機仿真分析和實體模型試驗，得到防火涂料品種及厚度、實際有效荷載、截面特征、構件原抗力水平、加固提高的抗力幅值等關鍵參數(shù)對采用常規(guī)粘貼膠的碳纖維布加固混凝土受彎構件和采用高軟化點粘貼膠

預應力張弦梁結構是由剛性上弦、預應力拉索及腹桿連接形成的混合雜交自平衡結構體系，結構受力合理，自重輕，近年來廣泛應用于大跨結構屋蓋體系中。然而，由于結構中存在預應力，拉索錨固節(jié)點鑄體材料熔點低，且高溫下預應力索體強度退化更為嚴重等因素，張弦梁結構抗火性能比普通結構鋼更差。但是，國內(nèi)外對于預應力張弦梁結構抗火研究很少，在工程實踐中按普通鋼結構進行抗火設計，造成極大的安全隱患。本項目通過試驗研究、理論分析，從材料、節(jié)點、構件、結構層次對預應力張弦梁結構抗火關鍵技術問題開展了較為的系統(tǒng)研究：1）對1860MPa級鋼絲進行了高溫熱膨脹系數(shù)試驗研究，揭示了溫度對熱膨脹系數(shù)的影響，建立了高溫熱膨脹系數(shù)擬合公式；2）對1860MPa級鋼絞線、1860MPa級預應力鋼絲等進行了高溫穩(wěn)態(tài)拉伸試驗研究，建立屈服強度、極限強度、彈性模量與溫度之間的關系模型、以及高溫應力-應變本構關系模型，給出了抗火設計強度指標取值；3）對預應力索進行了高溫應力損失試驗研究，研究了不同溫度、不同初始應力下的應力損失規(guī)律，提出預應力索高溫應力損失理論算法；4）研究提出了5種預應力索體防火保護方法，并通過標準火災升溫試驗，對方法有效性、可行性進行了驗證；5）對鋼絞線-熱鑄錨錨固節(jié)點進行了耐火性能試驗研究，建立了錨固節(jié)點高溫承載力計算公式；6）對預應力張弦梁進行了抗火試驗，研究了火災全過程中索體內(nèi)力、張弦梁變形、溫度分布隨時間的變化規(guī)律，以及初始預應力水平、荷載比、火災升溫曲線對張弦梁抗火性能的影響，揭示了破壞模式與破壞機理；7）對預應力張弦梁進行了有限元數(shù)值參數(shù)分析，重點研究了初始預應力比、荷載比、受火條件等因素對張弦梁抗火性能的影響；進而提出了預應力張弦梁抗火安全判定準則、抗火承載力實用計算方法以及防火設計方法。本項目研究結果對預應力張弦梁結構抗火設計具有理論意義和應用價值，對于預應力鋼結構抗火研究也具有參考意義。 2100433B

預應力張弦梁結構是工程常用的大跨度結構形式。由于火災下鋼材性能退化和熱膨脹導致拉索預應力嚴重損失、拉索錨固節(jié)點鑄體材料（低熔點鋅銅合金、環(huán)氧樹脂）熔點低等不利因素影響，張弦梁結構抗火性能遠比普通鋼結構差，但目前國內(nèi)外對此研究很少。為此，本項目擬采用試驗和有限元理論、基于極限平衡狀態(tài)的溫度增量迭代分析法相結合的研究方法，從材料、節(jié)點、構件、結構層次對預應力張弦梁結構抗火關鍵技術問題開展系統(tǒng)研究，揭示火災作用對索體材料力學物理性能、索體錨固節(jié)點受力性能、預應力張弦梁受力性能的影響規(guī)律，建立索體材料的熱膨脹系數(shù)、強度、彈性模量與溫度之間關系模型以及高溫應力-應變本構關系模型，建立火災下索體升溫及預拉力損失簡化計算方法、索體錨固節(jié)點防火設計方法、張弦梁抗火承載力實用計算方法，提出預應力張弦梁抗火安全準則，系統(tǒng)地解決預應力張弦梁抗火分析及防火設計問題，為工程設計及規(guī)范編制提供依據(jù)。

采用準確可靠的方法對結構進行抗火設計，可避免或減小建筑火災導致的直接和間接損失。國內(nèi)外現(xiàn)行結構抗火設計規(guī)范主要基于單獨構件抗火性能的研究成果。然而，局部火災下或考慮火災蔓延效應，不同鋼柱升溫速度不同，一方面高溫鋼柱的熱變形受到約束；另一方面，構件剛度比發(fā)生變化，結構發(fā)生內(nèi)力重分布，因此必須考慮結構整體性的影響。同時，由于隔墻等非結構構件的保護，局部火災下鋼柱的截面溫度可能不均勻。目前已經(jīng)有對受約束鋼柱抗火性能的研究，但主要集中在火災下受約束鋼柱彎曲屈曲方面，且假設鋼柱所受約束不變，及鋼柱長度和截面方向溫度均勻。另外，給出的受約束鋼柱抗火分析方法是建立在數(shù)值計算結果上的回歸公式，公式系數(shù)沒有明確的物理意義。本項目擬基于壓彎構件彈塑性屈曲分析理論，研究受約束鋼柱抗火性能分析方法，并考慮鋼柱截面溫度不均勻的影響。通過9個受約束鋼柱抗火試驗對理論模型進行驗證，以建立更準確可靠的鋼柱抗火分析理論。