粉刷层对钢筋混凝土结构火灾后性能影响研究

论文摘要

本文以研究粉刷层对钢筋混凝土结构高温后的力学性能影响为目标,重点开展了三个方面的研究:(1)进行12个无粉刷层和15个带粉刷层高温损伤试块的红外热像检测(IRT)试验和抗压强度试验;(2)在既有材料的热工性能基础上提出粉刷层材料的热工性能参数,采用有限元软件ANSYS对高温后带粉刷与无粉刷混凝土试块的抗压性能进行热—结构耦合数值计算;(3)采用有限元软件ANSYS,进行高温后带粉刷层和无粉刷层钢筋混凝土柱的热—结构耦合数值计算,探讨粉刷层对高温后抗震性能的影响。得到以下主要研究结论:(1)随着温度作用水平的增加,试块破坏形态由常温下正倒相接的四角锥体破坏形态逐渐向整体压碎破坏形态过渡。相同温度水平作用下,无粉刷层的混凝土试块的破坏形态更接近整体压碎破坏,历史遭受损伤更严重;(2)带粉刷层混凝土试块比无粉刷层混凝土试块的热像平均温升值低,抗压强度高。粉刷层对外部热量输入结构有很好的抑制作用,可有效减轻火灾结构的损伤;(3)利用本文提出的热像平均温升与混凝土过火温度、抗压强度比的回归方程可用于估算带粉刷层火灾建筑物的混凝土抗压强度及损伤程度,为火灾结构的修复加固提供依据;(4)计算分析表明,本文建议的考虑空腔层的混合砂浆复合材料的热工性能参数可用于带粉刷层钢筋混凝土结构构件的温度场数值模拟;四面受火混凝土试块的温度分布呈环形分布,由表面向内部温度逐渐降低,试块截面四个角部温度最高;(5)与无粉刷层钢筋混凝土柱试件结果相比,粉刷层的存在能有效提高火灾后钢筋混凝土柱的承载力,减缓刚度的退化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 存在的主要问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 粉刷层对混凝土灾后性能影响研究
• 2.1 引言
• 2.2 试件制作与试验参数
• 2.3 试件高温作用模拟与控制
• 2.3.1 升降温制度与监测
• 2.3.2 试件升温现象
• 2.3.3 试件冷却后颜色及表面状况描述
• 2.4 红外热像技术（IRT）在高温后混凝土损伤探测中的应用
• 2.4.1 红外检测基本原理
• 2.4.2 红外热成像的基本原理
• 2.4.3 红外热成像的主要方法
• 2.4.4 高温损伤后混凝土红外检测原理
• 2.4.5 红外热像检测装置与办法
• 2.4.6 红外热像检测现象
• 2.4.7 红外热像检测结果与回归分析
• 2.5 试件高温后抗压强度试验
• 2.5.1 加载装置及加载制度
• 2.5.2 加载现象
• 2.5.3 试验结果与回归分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 高温后带粉刷层混凝土立方体试块抗压性能非线性分析
• 3.1 引言
• 3.2 热－结构耦合场分析在ANSYS 中的实现
• 3.2.1 耦合场分析的基本概念
• 3.2.2 传热模型
• 3.2.3 热－结构耦合场分析算例
• 3.3 混凝土立方体试块温度场模拟分析
• 3.3.1 基本假定
• 3.3.2 材料热工性能
• 3.3.3 FEM 模型的建立与加载求解
• 3.3.4 温度场模拟结果
• 3.4 混凝土立方体试块抗压性能模拟分析
• 3.4.1 单元类型的选择
• 3.4.2 实常数及材料属性
• 3.4.3 FEM 模型的转换及约束条件
• 3.4.4 加载方式及求解方法
• 3.4.5 抗压性能模拟结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 高温后带粉刷层RC 柱非线性全过程分析
• 4.1 引言
• 4.2 温度场程序验证
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 基本假定
• 4.2.3 材料热工性能
• 4.2.4 单元及热边界条件
• 4.2.5 温度场模拟结果分析
• 4.3 带粉刷层试件温度场分析
• 4.3.1 基本假定
• 4.3.2 单元及热边界条件
• 4.3.3 带粉刷层试件温度场模拟结果分析
• 4.3.4 结果精度分析
• 4.4 高温后非线性全过程分析程序验证
• 4.4.1 钢筋混凝土有限元模型
• 4.4.2 有限元模型的建立
• 4.4.3 FEM 模型的转换及求解
• 4.4.4 不带粉刷层钢筋混凝土柱高温后非线性全过程分析结果
• 4.5 带粉刷层钢筋混凝土柱高温后非线性全过程分析
• 4.5.1 FEM 模型的建立及求解
• 4.5.2 带粉刷层钢筋混凝土柱高温后非线性全过程分析结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论和建议
• 5.1 主要结论
• 5.1.1 粉刷层对混凝土灾后性能影响试验研究主要结论
• 5.1.2 高温后混凝土抗压强度性能数值模拟主要结论
• 5.1.3 高温后钢筋混凝土柱非线性全过程分析主要结论
• 5.2 存在的问题和建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历