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再生混凝土耐高温性能及构件抗火分析

赵晖  
【摘要】:再生混凝土是将废弃混凝土破碎后取代天然骨料而制成的一种绿色建筑材料,将其推广应用到建筑结构,可有效解决天然资源匮乏与建筑垃圾日益增多等问题。目前,再生混凝土已成为建筑材料研究热点,但绝大多数研究集中在常温性能方面,对再生混凝土高温热工性能及高温下基本力学性能的研究基本处于空白状态,对再生混凝土高温后基本力学性能、火灾下钢筋再生混凝土构件温度场、耐火极限以及火灾后剩余力学性能的研究还不完善。基于上述问题,本文将对再生粗骨料混凝土材料的高温性能和由再生混凝土构成的板、梁、柱三类构件在火灾下与火灾后力学性能进行系统研究,具体开展了以下几方面工作:(1)以温度和再生粗骨料取代率为主要参数,对20~800oC温度范围内三种不同粗骨料取代率的再生混凝土的导热系数、比热与热膨胀进行了试验研究。基于试验结果,提出了不同取代率的再生混凝土高温导热系数、比热与热膨胀的简化计算公式。(2)进行了90个再生混凝土棱柱体高温下单轴受压力学性能试验,研究了温度、取代率与水灰比对高温下再生混凝土轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响。基于试验结果,建议了高温下再生混凝土轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变的计算公式,建立了高温下再生混凝土的受压应力-应变关系模型。(3)以温度、取代率、水灰比和冷却方式为主要参数,进行了360个再生混凝土立方体试块高温后强度试验研究,获得了不同冷却方式下再生混凝土立方体抗压强度、自然冷却方式下再生混凝土立方体劈裂抗拉强度。基于试验结果,建议了高温后再生混凝土立方体抗压强度(自冷、水冷)和劈裂抗拉强度折减公式。(4)进行了150个再生混凝土棱柱体高温后单轴受压力学性能试验研究,考察了温度、取代率与水灰比对高温后再生混凝土棱柱体轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响。基于试验结果,建议了高温后再生混凝土棱柱体轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变计算公式,提出了高温后再生混凝土受压应力-应变关系模型。(5)在再生混凝土高温热工及力学性能研究的基础上,采用ABAQUS软件建立了ISO 834标准火灾作用下钢筋再生混凝土构件(板、梁、柱)温度场、耐火极限以及标准升、降温火灾作用后的剩余力学性能分析模型,并验证了模型的可靠性。通过对构件一维与二维传热区域划分,提出了火灾下钢筋再生混凝土构件温度简化计算公式,重点分析了再生粗骨料取代率对钢筋再生混凝土构件火灾下温度场、耐火极限以及火灾后剩余承载力的影响。


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