發(fā)布時(shí)間：2020-07-05 04:22

【摘要】：為研究高溫后纖維增強(qiáng)復(fù)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(cè)試了不同高溫下混凝土梁截面的溫度場(chǎng)、不同高溫條件作用后高強(qiáng)混凝土的力學(xué)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(guò)一系列試驗(yàn),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(chǎng)隨恒溫時(shí)間的變化規(guī)律,分析了不同高溫作用后混凝土力學(xué)性能的劣化規(guī)律和機(jī)理,研究了高溫對(duì)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(jì)算方法,探討了高溫溫度、恒溫時(shí)間、疲勞荷載應(yīng)力比和FRP筋類(lèi)型對(duì)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(yù)測(cè)模型和方法。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:(1)通過(guò)14根混凝土梁在高溫爐中的加熱試驗(yàn),探討了高溫溫度、升溫速率、傳熱距離和受熱方式等對(duì)混凝土梁截面溫度分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明,混凝土梁截面溫度場(chǎng)在不同溫度工況下隨恒溫時(shí)間的變化規(guī)律類(lèi)似,升溫速率對(duì)不同加熱時(shí)間條件下混凝土梁截面溫度場(chǎng)存在一定的影響。隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng),升溫速率對(duì)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(shí)間一定時(shí),混凝土梁截面各測(cè)點(diǎn)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(guò)測(cè)試126個(gè)不同溫度作用后混凝土試件的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量,探討了不同溫度梯度(高溫溫度和恒溫時(shí)間)作用對(duì)高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律,分析了溫度梯度對(duì)高強(qiáng)混凝土力學(xué)性能的劣化機(jī)理。結(jié)果表明,高溫溫度和恒溫時(shí)間共同決定了高溫后混凝土力學(xué)性能的劣化程度;高溫溫度越高,混凝土試件內(nèi)溫度梯度越大,不同溫度下材料性能差別越大,混凝土力學(xué)性能下降越顯著;同時(shí)結(jié)合不同加熱時(shí)間時(shí)混凝土梁內(nèi)溫度場(chǎng)的變化規(guī)律,探討了高溫溫度梯度對(duì)混凝土力學(xué)性能的劣化機(jī)理;建立了考慮高溫溫度和恒溫時(shí)間的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量的計(jì)算公式。(3)通過(guò)105根玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)筋在高溫后的拉伸性能試驗(yàn),分析了高溫溫度和恒溫時(shí)間對(duì)GFRP筋單調(diào)加載力學(xué)性能和循環(huán)荷載作用后力學(xué)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(shí)間的延長(zhǎng),GFRP筋的抗拉強(qiáng)度和彈性模量均呈降低趨勢(shì),在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)(即25~350~oC),GFRP筋的抗拉強(qiáng)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(shí)間的耦合增強(qiáng)了疲勞荷載對(duì)GFRP筋的劣化;疲勞荷載對(duì)高溫后GFRP筋拉伸彈性模量的劣化明顯,與常溫時(shí)單調(diào)荷載作用下的彈性模量相比最大降低了17.6%;在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上并結(jié)合已有研究成果,提出了高溫后GFRP筋剩余抗拉強(qiáng)度和彈性模量的計(jì)算公式。(4)通過(guò)7根FRP筋混凝土梁在高溫后的受彎性能試驗(yàn),探討了高溫溫度和FRP筋類(lèi)型對(duì)FRP筋混凝土梁的開(kāi)裂荷載、裂縫發(fā)展?fàn)顩r、撓度、極限承載力以及破壞形態(tài)等的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著高溫溫度的升高,高溫作用對(duì)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(shí),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(shí)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(jì)算公式。(5)通過(guò)12根FRP筋混凝土梁高溫后受彎疲勞性能試驗(yàn),研究了疲勞荷載作用下不同高溫溫度、恒溫時(shí)間、疲勞荷載應(yīng)力比及FRP筋類(lèi)型對(duì)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(jié)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(shí)間、疲勞荷載應(yīng)力比和FRP筋類(lèi)型對(duì)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(wàn)次循環(huán)以內(nèi)跨中撓度增加較為明顯,超過(guò)2萬(wàn)次循環(huán)后,跨中撓度增長(zhǎng)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(jì)算方法;隨著高溫溫度的升高、恒溫時(shí)間的延長(zhǎng)、疲勞荷載應(yīng)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(shí)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(xué)理論,以剛度退化為基礎(chǔ),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(yù)測(cè)模型。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU37
【圖文】：

400ISO 834 標(biāo)準(zhǔn)升溫10oC/min 600ISO 834 標(biāo)準(zhǔn)升溫10oC/min 800ISO 834 標(biāo)準(zhǔn)升溫10oC/min 2.2.3 試驗(yàn)設(shè)備加熱試驗(yàn)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(jiàn)圖 2.2；另一現(xiàn) ISO 834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線加熱，高溫爐中的升溫曲線見(jiàn)圖 2.4。兩種高溫爐均采升溫、保溫和停機(jī)。

圖 2.3 混合加熱高溫爐 選用K型熱電偶作為測(cè)溫設(shè)備，熱電oC。試驗(yàn)時(shí)使用自動(dòng)記錄儀采集混凝土2.2.4 試驗(yàn)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(guān)閉高溫爐一通過(guò)測(cè)溫電偶進(jìn)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(mén)間隙進(jìn)結(jié)果表明加熱時(shí)爐內(nèi)溫度恒定，可以滿將試件完全放置高溫爐中，測(cè)溫電偶從2.2.5 梁測(cè)溫截面及測(cè)溫電偶的布置

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