钢管混凝土界面经历升、降温火灾后的粘结性能研究

随着钢管混凝土在实际工程中的应用日益增多，其发生火灾的概率也随之提高。深入研究其火灾后的力学性能和承载力损伤，对合理制定该类结构火灾后的修复加固措施非常必要。特别对于受火后的建筑，是拆除重建还是修复加固，将直接产生巨大的经济效益。 钢管混凝土的界面粘结性能是钢管和混凝土之间共同受力与协调变形的基础。目前，国内外对钢管混凝土界面粘结性能的研究大多局限于常温下的研究，对于受火灾作用后以及高温下的研究很少。已有的研究表明，钢材和混凝土的材料性能在高温下和高温后均有不同程度的劣化，导致火灾下和火灾后的钢与混凝土界面粘结强度发生损失，从而对钢管混凝土构件的变形和承载力产生较大影响。 基于以上背景，同时本文对经历升、降温火灾后以及高温下钢管混凝土界面的粘结性能进行研究。主要工作和成果如下： （1）进行了52根钢管混凝土柱试件的火灾升、降温试验与火灾后反复推出试验，分析了截面类型、钢管径厚比、长径比、升温时间、降温速率及火灾类型等因素对粘结强度与荷载—滑移曲线的影响，并得到了界面粘结力的分布规律。 （2）进行了23个恒高温下钢管混凝土试件的推出滑移试验，主要研究参数包括恒温温度、长径比和径厚比等。试验结果表明，在20℃～900℃研究范围内，恒温温度和长径比对圆钢管混凝土平均粘结强度有显著的影响，而钢管径厚比对平均粘结强度影响很小。 （3）基于本文试验和相关试验结果，分别确定了影响火灾后和火灾下钢管与混凝土之间粘结强度的关键因素，回归了火灾后和火灾下粘结强度以及峰值荷载对应的滑移值公式，并修正了火灾后和火灾下界面粘结力—相对滑移本构关系。 （4）基于火灾后和火灾下钢管混凝土界面粘结力—相对滑移本构关系模型，建立了考虑钢管与混凝土相互作用的钢管混凝土火灾后和火灾下推出滑移的精细有限元模型，采用试验进行验证；基于建立的有限元模型，深入探讨钢管混凝土的粘结滑移机理；并将相关模型和技术应用于包含钢管与混凝土的组合结构力学性能研究中。 2100433B

钢管混凝土充分发挥了混凝土和钢材的优点，在工程结构中得到了广泛应用。钢管与混凝土之间的粘结作用是两者能共同工作的基础。目前，已有不少关于其常温下界面粘结性能的研究，相比火灾后粘结性能的研究比较少。因此，开展该方面的研究具有重要的理论应用和应该价值。 本项目采用试验研究和理论分析相结合的方法，深入研究火灾后钢管混凝土界面的粘结性能。首先开展钢管混凝土试件的升、降温火灾试验和相应火灾后推出试验，分析界面粘结力的传递规律及各参数对粘结强度的影响规律，得出火灾后粘结强度公式和粘结力-相对滑移本构关系；接着建立考虑材料劣化以及钢管与混凝土相互作用的钢管混凝土火灾后推出滑移的精细有限元模型，采用试验进行验证；基于建立的有限元模型，深入探讨钢管混凝土的粘结滑移机理；在此基础上，进行考虑界面粘结滑移的钢管混凝土结构（构件和节点）火灾后承载力的参数分析，得到各参数的影响规律，并提出相应的计算方法和设计建议。

钢管混凝土因其能充分发挥钢和混凝土这两种材料的优点，已经在各类建筑中得到了广泛的应用。近年来，由于频繁的建筑火灾事故已造成相当数量的倒塌事故，一些厂房在高温下有发生化学爆炸的可能，以及人为爆炸等原因对结构产生高温（火灾）下倒塌过程中的冲击力作用逐步引起人们的重视。因此，需开始考虑各类建筑的高温（火灾）下抗冲击设计和高温（火灾）后抗冲击修复加固设计，以提高结构高温（火灾）下和高温（火灾）后整体性和抗倒塌能力。然而目前国内外还未见有对建筑结构和构件在高温（火灾）下和高温（火灾）后抗冲击性能研究。钢管混凝土已被证明具有良好的抗爆、抗冲击力学性能，同时，又具有较好的耐火性能和火灾后力学性能，也必将具有较好的高温（火灾）下和高温（火灾）后的抗冲击力学性能。研究结构高温下和高温后的抗冲击性能，可为进行结构高温（火灾）下抗爆、抗冲击和抗倒塌设计以及高温（火灾）后抗冲击评估和抗冲击修复加固设计提供依据。 2100433B