發(fā)布時(shí)間：2020-10-11 15:43

　　 再生塊體混凝土是廢舊混凝土循環(huán)利用的一條有效途徑。課題組前期已對再生塊體混凝土的徐變性能、常溫和凍融后力學(xué)性能,以及再生塊體混凝土構(gòu)件的基本力學(xué)行為和抗震、耐火性能進(jìn)行了初步探索。在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步拓展再生塊體混凝土構(gòu)件的形式,本文針對U形外包鋼再生塊體混凝土梁,就其受彎性能和耐火性能進(jìn)行了研究。本文的主要工作包括:1.開展了12根U形外包鋼再生塊體混凝土梁的受彎試驗(yàn),考察了廢舊混凝土塊體取代率、U形外包鋼厚度、梁底縱筋配筋率等因素對梁受彎性能的影響;給出了梁受彎承載力的簡便計(jì)算公式;在總用鋼量基本一致的情況下,比較了U形外包鋼再生塊體混凝土梁和常規(guī)鋼筋混凝土梁的受彎承載力。研究表明:(1)廢舊混凝土塊體取代率在0~40%之間變化,對梁的初始剛度、延性特征、受彎承載力、滑移走勢、應(yīng)變發(fā)展等均無明顯影響;(2)為提高梁的受彎承載力,增配梁底縱筋比增加U形外包鋼厚度更為經(jīng)濟(jì)有效,同時(shí)梁底縱筋還會使梁的屈服前剛度有所提高;(3)梁底配置縱筋可顯著減小U形外包鋼與內(nèi)填混凝土之間的相對滑移,此時(shí)梁端截面為相對滑移最小的截面;(4)根據(jù)塑性理論給出的簡便計(jì)算公式,可較好地預(yù)測此類梁的受彎承載力;(5)在總用鋼量基本相同的情況下,U形外包鋼再生塊體混凝土梁具有與常規(guī)鋼筋混凝土梁幾乎相當(dāng)?shù)氖軓澇休d力,以及比后者更優(yōu)的綜合性能。2.開展了5根U形外包鋼再生塊體混凝土梁的明火試驗(yàn),考察了廢舊混凝土塊體取代率、梁底縱筋配筋率、防火涂料厚度、荷載比等因素對梁耐火性能的影響,揭示了U形外包鋼和內(nèi)填混凝土之間界面溫差的大小及其變化趨勢。研究表明:(1)廢舊混凝土塊體的采用對梁的耐火性能(破壞過程、溫度分布、跨中撓度、耐火極限)幾乎沒有影響;(2)梁底配置縱向鋼筋可顯著提高梁的耐火極限;(3)U形外包鋼腹板中部與內(nèi)填混凝土之間的熱阻,大于U形外包鋼底板中部與內(nèi)填混凝土之間的熱阻,界面熱阻導(dǎo)致界面兩側(cè)存在明顯溫差(最大可達(dá)280℃);(4)隨著升溫時(shí)間的增加,界面溫差總體呈現(xiàn)出先逐漸增大而后緩慢降低的趨勢,隨著防火涂料厚度的增加,界面溫差有所減小;3.利用SAFIR軟件,建立了可考慮界面熱阻的U形外包鋼再生塊體混凝土梁的有限元模型,對第三章的明火試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬,考察了界面熱阻和內(nèi)填混凝土,以及防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)取值方法對梁耐火性能的影響。研究表明:(1)采用本文建立的有限元模型,可較好地預(yù)測U形外包鋼再生塊體混凝土梁的截面溫度場、跨中撓度和耐火極限;(2)忽略界面熱阻會低估U形外包鋼的溫度,高估梁的耐火極限,因此有限元計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮界面熱阻的影響,建議U形外包鋼腹板與內(nèi)填混凝土之間的界面熱阻,以及U形外包鋼底板與內(nèi)填混凝土之間的界面熱阻分別取為0.03 m~2 K/W和0.02 m~2 K/W;(3)內(nèi)填混凝土的存在可顯著延緩U形外包鋼的升溫速率,增大U形外包鋼溫度分布的不均勻性,提高梁的高溫剛度,明顯改善梁的耐火性能。4.通過480種工況的計(jì)算分析,揭示了防火涂料厚度、荷載比、U形外包鋼截面尺寸、混凝土翼板的有效寬度和厚度、下部配筋系數(shù)、混凝土強(qiáng)度等級、U形外包鋼和縱筋牌號等參數(shù),對U形外包鋼再生塊體混凝土梁耐火極限的影響規(guī)律,建立了該類梁的耐火極限實(shí)用計(jì)算公式。研究表明:(1)防火涂料厚度、荷載比、下部配筋系數(shù)對梁的耐火極限影響較大,U形外包鋼的截面尺寸亦對梁的耐火極限有一定的影響;(2)U形外包鋼的高度和寬度對梁耐火極限的影響可合并綜合考慮;(3)隨著下部配筋系數(shù)的增加,梁的耐火極限逐漸增大,二者基本呈現(xiàn)出線性變化的規(guī)律,但增大斜率受防火涂料厚度和荷載比的影響;(4)本文建立的耐火極限實(shí)用計(jì)算公式具有較好的預(yù)測精度,可供U形外包鋼再生塊體混凝土梁的耐火設(shè)計(jì)參考。5.利用SAFIR軟件,開展了具有端部約束的U形外包鋼再生塊體混凝土梁的耐火性能分析,考察了梁端軸向和轉(zhuǎn)動約束剛度比、防火涂料厚度、梁端受彎承載力比、下部配筋系數(shù)、荷載比、U形外包鋼截面尺寸等參數(shù),對梁的軸向變形、軸力比、梁端彎矩和跨中撓度的影響。研究表明:(1)與無轉(zhuǎn)動約束梁相比,轉(zhuǎn)動約束梁的耐火性能大幅提升,在一定端部約束條件下不做防火保護(hù)也可滿足一級耐火要求;(2)隨著防火涂料厚度的增加,梁軸向變形和軸力比的峰值增大,但梁端彎矩的峰值點(diǎn)卻逐漸降低;(3)梁端受彎承載力比越大,升溫前期梁端彎矩也越大,但梁的軸向變形和軸力比以及跨中撓度卻反而越小,升溫后期正好相反;(4)下部配筋系數(shù)越大,升溫前期梁的軸向變形、軸力比和跨中撓度反而越小,但升溫后期三者都隨下部配筋系數(shù)的增加而增大;下部配筋系數(shù)越大,梁端彎矩的峰值越大;(5)增大U形外包鋼的寬度,可使梁的軸向變形和軸力比明顯減小,梁端彎矩比卻差異不大;隨著U形外包鋼厚度的增加,梁的軸向變形、軸力比和梁端彎矩均有明顯增大,但梁端彎矩比仍然變化不大。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU398.9
【部分圖文】：

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文個(gè)因素對梁耐火極限的影響規(guī)律，提出了該類梁耐火極限的實(shí)用計(jì)算公式。（5） 開展了具有端部約束的 U 形外包鋼再生塊體混凝土梁的耐火性能數(shù)值分析，考察了梁端軸向和轉(zhuǎn)動約束剛度比、防火涂料厚度、梁端受彎承載力比、下部配筋系數(shù)、荷載比、U 形外包鋼截面尺寸等參數(shù)對高溫下梁的軸向變形、軸力比、梁端彎矩和跨中撓度等的影響。上述幾個(gè)部分之間的關(guān)系見圖 1-1。

圖 2-2 廢舊混凝土塊體 圖 2-3 試件澆筑Fig.2-2 Demolished concrete lumps Fig.2-3 Casting of specimen試件澆筑前，清除 U 形外包鋼內(nèi)部的灰塵、雜物，保持其內(nèi)表面干凈，以保證外包鋼與內(nèi)填混凝土之間的粘結(jié)。與新混凝土混合之前，廢舊混凝土塊體表面充分濕潤。首先將廢舊混凝土塊體一次性放入 U 形外包鋼內(nèi)部，然后澆筑新混凝土并利工插入式振搗棒充分振搗，直至混凝土澆筑完成，人工收面。圖 2-3 為混凝土澆筑件的照片。.2.2 試驗(yàn)加載及量測采用兩點(diǎn)對稱加載，具體見圖 2-4。加載裝置由反力架、液壓千斤頂、壓力傳感分配梁等組成。正式加載之前，先預(yù)加載 10kN 以檢查各類傳感器是否正常工作，保試驗(yàn)各部分之間接觸良好。正式加載時(shí)，每級荷載增量為 10kN，持荷 3min 后通

圖 2-2 廢舊混凝土塊體 圖 2-3 試件澆筑Fig.2-2 Demolished concrete lumps Fig.2-3 Casting of specimen試件澆筑前，清除 U 形外包鋼內(nèi)部的灰塵、雜物，保持其內(nèi)表面干凈，以保證外包鋼與內(nèi)填混凝土之間的粘結(jié)。與新混凝土混合之前，廢舊混凝土塊體表面充分濕潤。首先將廢舊混凝土塊體一次性放入 U 形外包鋼內(nèi)部，然后澆筑新混凝土并利工插入式振搗棒充分振搗，直至混凝土澆筑完成，人工收面。圖 2-3 為混凝土澆筑件的照片。.2.2 試驗(yàn)加載及量測采用兩點(diǎn)對稱加載，具體見圖 2-4。加載裝置由反力架、液壓千斤頂、壓力傳感分配梁等組成。正式加載之前，先預(yù)加載 10kN 以檢查各類傳感器是否正常工作，保試驗(yàn)各部分之間接觸良好。正式加載時(shí)，每級荷載增量為 10kN，持荷 3min 后通
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2836792