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HRB500MPa级钢筋混凝土柱受拉区受火后力学性能的试验研究

卜国艳  
【摘要】:柱子作为钢筋混凝土结构中最为重要的受压构件,其力学性能广受关注,尤其是钢筋混凝土柱高温后的力学性能更是学术界研究的重点。本文首先利用火灾试验赋予钢筋混凝土柱一个初始损伤,在此基础上对常温构件和高温构件进行静载试验,进而研究钢筋混凝土柱受拉区受火后的力学性能。其次,在试验的基础上,推导火灾后钢筋混凝土柱剩余承载力的计算公式。本文主要通过试验方式和理论分析进行研究,主要工作和结论包括三个方面:1.在火灾试验时,以0.2的轴压比对柱体施压。按照国际标准升温曲线进行升温,利用预埋在柱体内部的热电偶来测量构件的温度场,为评定构件高温损伤奠定基础。结果表明:(1)损伤严重的混凝土与轻微损伤的混凝土之间会有一条灰白色的分界线,可凭此界线估算构件的损伤深度;(2)构件的受火区会出现分布不规则的温度裂缝,以细小裂缝为主,基本无贯通裂缝,这为后续的公式计算中构件长度的取值奠定了事实基础;(3)自升温开始直至结束,构件20mm处和受拉钢筋处的温度相差不大,因此在后续的计算中,可以用钢筋的温度代替其周围混凝土的温度来计算火灾后混凝土的标准立方体抗压强度。2.分别对常温构件和高温构件进行静载试验,分析截面应变分布图、钢筋和混凝土的荷载-应变图、构件的侧向位移图以及N-M曲线,从而进一步分析受火时间和偏心距对火灾后钢筋混凝土柱力学性能的影响。结果表明:(1)受火时间对构件剩余承载力的影响包括两方面,一方面体现在刚度上,火灾严重削弱了构件的刚度,使构件抵抗变形的能力减弱。另一方面体现在受压区高度上,火灾会使构件的中性轴由受火面向背火面移动,受压区高度减小,极限承载力下降;(2)偏心距对高温构件的极限承载力的影响与对常温构件的影响是相似的,都是随着偏心距的增大,构件的极限承载力在减小;(3)高温后构件的N-M曲线和常温下构件的N-M曲线有类似的变化趋势,值得注意的是,常温下的轴压构件在火灾后会变成小偏心受压构件,常温下的小偏心构件受到足够大的温度损伤后变成大偏心构件,构件总是朝着其最容易破坏的方向转变。3.受拉区受火后钢筋和混凝土之间的粘结强度会降低,粘结强度的降低必然会影响到构件的极限承载能力。本文取钢筋和混凝土的隔离体进行分析,利用平衡方程、变形方程、物理方程将粘结强度降低对构件极限承载力的影响反映在钢筋的抗拉强度设计值上。将高温后钢筋抗拉强度设计值以及经过f_(cu,T)f_(cu)折减的混凝土抗压强度设计值代入到本文所推导的高温后构件剩余承载力简化公式中,就可以得到构件的剩余承载力。理论计算结果与试验值相比,误差在25%以内,证明公式在一定的范围内是适用的。


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