【摘要】：為研究高溫后纖維增強復合材料(FRP)筋混凝土梁在靜力和疲勞荷載作用下的受彎性能,本文測試了不同高溫下混凝土梁截面的溫度場、不同高溫條件作用后高強混凝土的力學性能、不同高溫條件作用后FRP筋的拉伸疲勞性能以及高溫暴露后靜載和疲勞荷載作用下FRP筋混凝土梁的受彎性能。通過一系列試驗,探討了不同高溫溫度和升溫速率情況下混凝土梁截面溫度場隨恒溫時間的變化規(guī)律,分析了不同高溫作用后混凝土力學性能的劣化規(guī)律和機理,研究了高溫對不同F(xiàn)RP筋混凝土梁的最大裂縫寬度、剛度和剩余承載力的影響規(guī)律,提出了高溫后FRP筋混凝土梁的最大裂縫寬度、剛度及剩余受彎承載力的計算方法,探討了高溫溫度、恒溫時間、疲勞荷載應力比和FRP筋類型對高溫后FRP筋混凝土梁受彎性能的影響規(guī)律,提出了FRP筋混凝土梁疲勞壽命的預測模型和方法。主要研究內容與結論如下:(1)通過14根混凝土梁在高溫爐中的加熱試驗,探討了高溫溫度、升溫速率、傳熱距離和受熱方式等對混凝土梁截面溫度分布的影響規(guī)律。結果表明,混凝土梁截面溫度場在不同溫度工況下隨恒溫時間的變化規(guī)律類似,升溫速率對不同加熱時間條件下混凝土梁截面溫度場存在一定的影響。隨著加熱時間的延長,升溫速率對混凝土梁截面溫度變化的影響程度逐漸降低。各種高溫溫度工況下,恒溫時間一定時,混凝土梁截面各測點的溫度值大小不同,截面溫度分布不均勻,存在明顯的溫度梯度。(2)通過測試126個不同溫度作用后混凝土試件的立方體抗壓強度、軸心抗壓強度和彈性模量,探討了不同溫度梯度(高溫溫度和恒溫時間)作用對高強混凝土力學性能的影響規(guī)律,分析了溫度梯度對高強混凝土力學性能的劣化機理。結果表明,高溫溫度和恒溫時間共同決定了高溫后混凝土力學性能的劣化程度;高溫溫度越高,混凝土試件內溫度梯度越大,不同溫度下材料性能差別越大,混凝土力學性能下降越顯著;同時結合不同加熱時間時混凝土梁內溫度場的變化規(guī)律,探討了高溫溫度梯度對混凝土力學性能的劣化機理;建立了考慮高溫溫度和恒溫時間的混凝土立方體抗壓強度、軸心抗壓強度和彈性模量的計算公式。(3)通過105根玻璃纖維增強復合材料(GFRP)筋在高溫后的拉伸性能試驗,分析了高溫溫度和恒溫時間對GFRP筋單調加載力學性能和循環(huán)荷載作用后力學性能的劣化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),隨著高溫溫度的升高和恒溫時間的延長,GFRP筋的抗拉強度和彈性模量均呈降低趨勢,在試驗溫度范圍內(即25~350~oC),GFRP筋的抗拉強度和彈性模量的最高損失率分別為28.0%和18.3%。疲勞荷載加速了高溫后GFRP筋的劣化,高溫溫度和恒溫時間的耦合增強了疲勞荷載對GFRP筋的劣化;疲勞荷載對高溫后GFRP筋拉伸彈性模量的劣化明顯,與常溫時單調荷載作用下的彈性模量相比最大降低了17.6%;在試驗研究的基礎上并結合已有研究成果,提出了高溫后GFRP筋剩余抗拉強度和彈性模量的計算公式。(4)通過7根FRP筋混凝土梁在高溫后的受彎性能試驗,探討了高溫溫度和FRP筋類型對FRP筋混凝土梁的開裂荷載、裂縫發(fā)展狀況、撓度、極限承載力以及破壞形態(tài)等的影響規(guī)律。結果表明,隨著高溫溫度的升高,高溫作用對FRP混凝土梁的最大裂縫寬度、撓度和極限承載力劣化作用明顯;與常溫FRP筋混凝土梁相比,高溫400~oC時,GFRP筋和CFRP筋混凝土梁的最大裂縫寬度分別增加了42.9%和41.7%,撓度增加了103.6%和22.0%,極限承載力降低了11.9%和3.9%;同時提出了考慮高溫劣化作用影響的FRP筋混凝土梁的最大裂縫寬度、剛度和剩余極限承載力的計算公式。(5)通過12根FRP筋混凝土梁高溫后受彎疲勞性能試驗,研究了疲勞荷載作用下不同高溫溫度、恒溫時間、疲勞荷載應力比及FRP筋類型對FRP筋混凝土梁的裂縫發(fā)展、最大裂縫寬度、撓度、破壞形態(tài)及疲勞壽命的影響規(guī)律。結果表明,隨著疲勞荷載循環(huán)次數(shù)的增加,高溫后FRP筋混凝土梁的最大裂縫寬度逐漸增大,且高溫溫度、恒溫時間、疲勞荷載應力比和FRP筋類型對裂縫寬度發(fā)展規(guī)律影響明顯;常溫下和高溫后FRP筋混凝土梁的跨中撓度隨疲勞荷載循環(huán)次數(shù)的增加而增大,且在2萬次循環(huán)以內跨中撓度增加較為明顯,超過2萬次循環(huán)后,跨中撓度增長緩慢;引入了疲勞荷載作用下梁的剛度衰減系數(shù),提出了疲勞荷載作用下常溫和高溫后FRP筋混凝土梁剛度的計算方法;隨著高溫溫度的升高、恒溫時間的延長、疲勞荷載應力比的降低,FRP筋混凝土梁的疲勞壽命降低明顯,相同高溫條件和加載特征時CFRP筋混凝土梁的疲勞壽命明顯優(yōu)于GFRP筋混凝土梁;基于損傷力學理論,以剛度退化為基礎,建立了考慮高溫溫度和疲勞荷載循環(huán)次數(shù)的FRP筋混凝土梁的疲勞壽命預測模型。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU37
【圖文】：

400ISO 834 標準升溫10oC/min 600ISO 834 標準升溫10oC/min 800ISO 834 標準升溫10oC/min 2.2.3 試驗設備加熱試驗選用兩種不同加熱源的高最大為 10oC/min，工作溫度最大為 100速率高溫爐中的升溫曲線見圖 2.2；另一現(xiàn) ISO 834 標準升溫曲線加熱，高溫爐中的升溫曲線見圖 2.4。兩種高溫爐均采升溫、保溫和停機。

圖 2.3 混合加熱高溫爐 選用K型熱電偶作為測溫設備，熱電oC。試驗時使用自動記錄儀采集混凝土2.2.4 試驗梁截面尺寸考慮高溫爐中溫度的均勻性，依據(jù)的尺寸為 150mm×200mm×1200mm（于接近高溫爐中心位置，關閉高溫爐一通過測溫電偶進行數(shù)據(jù)采集。為減少熱用耐高溫石棉將混凝土梁與爐門間隙進結果表明加熱時爐內溫度恒定，可以滿將試件完全放置高溫爐中，測溫電偶從2.2.5 梁測溫截面及測溫電偶的布置

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本文編號：2742077