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碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术已在工程中得到了较广泛的应用,但是该类加固结构的火灾敏感性较高。本文通过试验研究和计算分析,对具有端部约束的碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁的耐火性能,以及加固梁的高温抗弯和抗剪承载力进行了初步探讨。
本文主要工作包括以下几方面:
在ISO834标准升温条件下,开展了具有端部约束的7根碳纤维布抗弯加固钢筋混凝土梁和1根未加固钢筋混凝土梁的耐火性能试验,考察了梁端轴向和转动约束、防火涂料厚度、荷载比等参数对约束梁高温变形及内力的影响。研究结果表明:(1)约束梁的轴向变形最大值随轴向约束刚度比和防火涂料厚度增大而减小,附加轴力最大值随轴向约束刚度比增加或防火涂料厚度减小而增大,梁端附加弯矩最大值随防火涂料厚度减小而增大,但防火涂料厚度在10~20mm范围内变化时影响幅度有限;(2)降温后约束梁的附加轴力仅少量回复,梁端附加弯矩却较大幅度回落;(3)与非加固梁相比,加固梁的梁端附加弯矩最大值不仅数值更小,而且出现时刻明显偏晚。
在一系列基本假定的基础上,编制了高温下碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪承载力分析程序,通过数值分析结果与前人试验结果的对比,初步验证了程序的有效性。利用该程序,考察了梁截面尺寸、防火涂料设置、受拉纵筋配筋率、箍筋配箍率、碳纤维布加固量、混凝土保护层厚度等参数对加固梁的高温抗弯和抗剪承载力的影响规律。研究结果表明:(1)梁侧防火涂料高度在0~100mm范围内变化时,加固梁跨中截面的高温抗弯承载力随着梁侧防火涂料高度的增加而逐渐增大;梁侧防火涂料高度在(h-100)~h mm范围内变化时,加固梁支座截面的高温抗弯承载力随梁侧防火涂料高度的增加而逐渐增大;(2)未设置防火涂料的加固梁在使用荷载作用下要达到一级耐火等级的要求较为困难,即使涂料厚度只有10mm,其抗弯和抗剪承载力也比未设置时明显提高;(3)升温前期,随着碳纤维布加固量增大,加固梁的高温抗弯和抗剪承载力逐渐增加,加固量越大,加固梁发生高温破坏的可能性越大。