高性能混凝土剪力墙抗火性能试验研究与理论分析

在热工指标和受拉力学性能指标试验测定的基础上，对高性能混凝土剪力墙结构在持荷状态下的火灾反应和抗火性能进行试验研究。在适用于高温下高性能混凝土剪力墙内数字温度场建立后，进行基于损伤力学的非线性有限元理论分析。最后对火灾损伤后高性能混凝土剪力墙的抗震性能进行试验研究。 2100433B

为了深入研究面内约束作用下混凝土板火灾行为，本项目开展约束作用下混凝土双向板火灾试验、数值模拟和理论分析。 试验方面：通过十块不同面内约束工况混凝土双向板火灾试验，获得炉温、混凝土和钢筋温度、板平面外（内）变形、板角（平面内）约束力等随时间变化规律，观测了试验中混凝土板裂缝及破坏特征。 研究表明，由于板角约束作用，简支板及单（双）向面内约束板均出现板角弧形斜裂缝；与火灾下简支板不同，单（双）向面内约束板板顶均易出现通长裂缝，且单（双）向约束作用倾向于增加试验板竖向变形，原因在于约束作用引起的P-δ效应。 数值方面：根据热弹塑性理论和板壳单元，考虑面内约束作用和含水率影响，建立了混凝土双向板数值模型，发展程序对面内约束混凝土试验板进行数值分析，获得了几何(非)线性和混凝土膨胀应变对约束试验板变形、弯矩分布和薄膜机理影响规律。此外，通过参数分析研究了约束类型、约束水平、长宽比、配筋率和板厚等对面内约束混凝土板温度场、变形、破坏模式和耐火极限等影响。研究表明，对任一约束工况，较大混凝土膨胀应变导致约束板较大变形，且几何非线性影响不可忽略；面内约束作用倾向于降低跨中弯矩和增大板边负弯矩，且不利于板大变形阶段受拉薄膜效应发展；约束板火灾行为取决于约束类型、约束水平和长宽比等相互作用。 理论方面：基于塑性铰线理论，考虑受拉薄膜效应，提出钢筋应变差概念和应变破坏准则，结合板块内力平衡方程，建立常温及火灾下面内约束混凝土双向板承载力计算方法。研究表明：钢筋应变差理论所得薄膜效应阶段混凝土双向板荷载-位移曲线较为合理，且能够确定混凝土双向板极限状态及相关参数。 本项目研究成果可为实际工程中提高混凝土双向板抗火性能提供参考。 2100433B

采用含不同纤维的高性能混凝土进行试验研究.。探明不同纤维品种、掺量对高温爆裂发生和.力学性能的影响，确定纤维改善高性能混凝土.抗火性的工艺措施。测定纤维对高性能混凝土.断裂参数的影响，观测宏观与细观尺度上裂纹.扩展特征，测定微观孔结构的变化。基于试验.结果建立高性能纤维混凝土抗火性改善的机理.，确保高性能混凝土的火灾安全性和耐久性。. 2100433B

通过高性能纤维混凝土剪力墙的试验研究和理论分析，探讨钢纤维和合成纤维对钢筋混凝土剪力墙的受弯、受剪性能及抗震性能的影响，分析纤维品种、纤维掺加方式和纤维掺量等因素对不同混凝土强度等级的剪力墙的刚度、裂缝宽度、延性、耗能能力等的增强、增韧效果，建立受弯承载力和受剪承载力的计算模型和相应的计算方法以及延性耗能能力的评价方法。对于已损坏剪力墙，采用高性能自密实混凝土置换损坏混凝土并粘贴纤维增强塑料（FRP）的方法进行修补，通过试验研究，探索FRP材料与高性能混凝土间的粘结机理，分析该加固方法对剪力墙受弯、受剪性能的加固效果和对抗震性能的改善作用，建立加固后剪力墙的受弯、受剪承载力的计算方法以及抗震性能的评价方法。本项目对于发展和完善纤维混凝土设计理论和结构加固理论、推广新材料的应用具有较大的理论和实际意义。 2100433B