碳纤维布加固高温损伤后的再生混凝土梁的试验研究

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1、碳纤维布加固高温损伤后的再生混凝土梁的试验研究1绪论1.1引言在人类的历史进程中，火发挥了巨大的作用。然而由于大自然和人类自身的原因，火灾目前已成为世界上发生频率最高，损失最严重的灾害之一。火灾给我们人类的生命、财产、资源以及环境造成了巨大的创伤。每年因为火灾事故使得成千上万的人丧失了生命。根据不完全的数据统计，美国每年大约5000人因为火灾而丧生，比其他自然灾害致死人数的总和还要多，直接经济损失有100至200亿，大致相当于美国每年GDP的2%。对于我国来说，火灾情况也不容乐观。据公安部消防局数据统计显示，2008年全国共发生火灾13.3万起，死亡人数为1385人，受伤

2、人数达684人，直接经济损失为15亿元，和去年统一时期值相比较，火灾发生起数、死亡人数和受伤人数分别下降了16.2%、2.9%和21.6%，而损失值却上升了39.3%。火灾分为建筑火灾、露天火灾、山林与草原火灾、交通火灾等，其中发生频率最高，损失最严重的当属建筑火灾。据统计资料显示，在我国每年发生的火灾之中，建筑火灾的比例占到了2/3以上。随着经济和技术的不断发展，建筑物数量增多，密度加大，加之新型建筑和装修材料的广泛使用都导致建筑火灾频发，给人类的生命财产带来的损失越来越大。近些年以来，随着经济的快速发展，人们生活水平不断地提高，城镇化以及现代化建设的程度也愈来愈高，土

3、木工程在这一时期有了突飞猛进的发展[1]。由于钢筋混凝土结构具有造价低、耐火性能好等优点，受到社会的广泛青睐，因此在建筑结构中占据相当大的比例。然而，尽管混凝土属于热惰性的材料，每年发生的建筑火灾中还是有很多是属于钢筋混凝土结构的。大量的理论和试验研究均表明,钢筋混凝土结构的建筑物在经受火灾作用后,很大一部分是可以加固修复后继续使用的,而且修复所需的费用通常不会多于重建费用的40%,最重要的是修复所需时间要比拆除重建少得多,鉴于此，还是十分有必要去开展一些关于火灾后建筑物的加固修复方面的研究工作[2]。.1.2钢筋混凝土的高温性能与钢结构、木结构以及砌体结构相比，钢筋混凝

4、土结构之所以能够得到广泛的应用，是因为其在物理力学性能以及材料等方面有着诸多优点。在我国，绝大多数的高层建筑和多层框架结构都采用钢筋混凝土结构。相对于其他的结构而言，钢筋砼结构自身拥有良好的抗火性能，随着新型砼材料越来越广泛地应用，加上人们对结构抗火重视程度的增加，国内外学者对钢筋混凝土结构的研究也愈来愈深入。据大量研究及工程实践的经验可见钢筋砼土结构的抗高温性能主要有以下几个方面的特性[3-4]：（1）内部温度场的不均匀性：火灾发生时，混凝土结构表面的温度升高地很快，但是由于混凝土是一种热惰性的材料，导热系数比较小，因此其内部温度升高速度相对比较缓慢，截面由此形成了不均

5、匀的温度场。截面温度场的不均匀性使得截面产生了不同的温度变形与温度应力，截面应力也发生了重分布，从而改变了结构的内力和变形形态。（2）材料性能的严重恶化：在火灾作用下，随着温度的增加钢筋和砼的强度及弹模都有所下降，同时结构变形也会迅速增大。混凝土还会出现龟裂、酥松、边角崩落等现象，甚至还会使混凝土保护层脱落，钢筋外漏等情况出现。（3）应力-应变-温度-时间的耦合作用效应：一般情况下对钢筋混凝土结构进行常温下的分析研究时，只需要使材料的应力-应变关系满足要求即可。然而与常温状况下有所差异，在对结构的高温性能进行分析时，需要充分考虑温度和时间对材料各项性能的影响。.2再生混凝

6、土梁的高温试验设计及数据分析2.1试验设计及制作本试验共设计了8根再生混凝土梁，其中1根为常温下未加固的对比梁，3根为高温损伤后未加固梁，4根为高温损伤后粘贴碳纤维布进行加固修复的梁，试验梁的具体分组情况见表2.1所示。试验梁具体尺寸为LBH=900mm200mm250mm，净跨为700mm。各梁的混凝土设计强度等级均为C30，砼保护层厚度都是25mm。箍筋按照构造的要求进行设置，采用HPB300级光圆钢筋，直径为8mm，间距为100mm，纵向受力钢筋采用HRB400级螺纹钢筋，直径为20mm，试验梁具体尺寸及配筋如图2.1所示。从表2.1可知，L1、L2和L5是考察最高

7、受火温度对再生混凝土梁抗剪性能的影响，L2、L3以及L5、L6均是考察不同加固方式对再生混凝土梁抗剪加固性能的效果，L5、L8则是考察拉区高温和压区高温对梁的抗剪承载力的影响。.2.2试验梁的高温试验本次高温试验是在辽宁工业大学试验室的高温电阻炉中进行的。该试验炉主要由炉膛、两侧及底部的电阻加热丝、抗火盖板及数据采集系统等组成。高温炉的侧壁设有一个排气口同时也可作为穿线口，它的炉膛尺寸为1.05m0.35m0.4m，高温试验炉的具体装置见图2.5所示。为了尽量接近真实火灾的情况，本试验中再生混凝土梁的受火方式均为三面受火，两侧