高强混凝土剪力墙的火灾行为和灾后性能

高强混凝土剪力墙由于高温下混凝土的爆裂和钢筋压屈的影响，可导致其耐火性能和灾后性能较普通混凝土剪力墙降低更多。高温下楼盖等相邻构件的影响可使高强混凝土剪力墙处于面外偏压等较为不利受力状况。目前有关高强混凝土剪力墙耐火性能和灾后性能的研究成果偏少。另外不同受火方式后混凝土柱在低周反复荷载作用下性能、基于外包薄壁钢管加固受火后混凝土梁柱构件的承载性能等也有待进一步研究。为此，本项目从试验、理论分析、数值计算三方面对上述问题进行了较系统的研究，主要研究内容和结果：(1) 开展了10片受火后、5片未受火的高强混凝土剪力墙受压承载性能试验和计算分析，分析了受火方式、受火时间、偏心率和混凝土强度等级等对高强混凝土剪力墙受压承载性能的影响规律；(2) 开展了10片受火后、2片未受火的高强混凝土剪力墙抗震性能试验，分析了受火时间、受火方式、轴压比、高宽比、暗支撑的设置以及混凝土强度等级对受火后高强混凝土剪力墙抗震性能的影响情况；(3) 开展了7片高强混凝土剪力墙在轴压和面外偏压荷载作用下耐火性能试验和计算分析，考察轴压比和面外偏心距的影响；(4) 开展了5片混凝土夹心保温墙在0.15轴压比、单面受火情况下的恒载升温试验及受火后受压承载力试验研究，初步掌握了该类夹心保温的墙耐火特性；(5) 进行了4块带边梁约束的混凝土板耐火性能和灾后承载性能试验研究，考察了边梁是否受火及竖向变形、楼板上方是否覆土等影响；(6) 进行了12个混凝土柱、5个混凝土短柱在不同受火方式后抗震性能试验，考察了受火方式、长细比、水平力加载方向、配箍率等影响；(7) 开展了未受火、火灾后和折线形粘贴CFRP布加固火灾后带正交梁和楼板翼缘的梁柱中节点抗震性能试验研究；(8) 开展了37个外包薄壁钢管加固火灾后混凝土棱柱体轴压性能、12个外包薄壁钢管加固火灾后混凝土柱轴压性能、10个外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱偏压性能、14个外包薄壁钢管加固火灾后混凝土柱抗震性能、14个外套薄壁U型钢板加固受火后混凝土梁承载性能的试验研究，建立了外包薄壁钢管约束加固高温后混凝土的应力-应变关系，以及外包薄壁钢管约束加固火灾后混凝土柱的轴压和偏压承载力、外套薄壁U型钢板加固火灾后混凝土梁受弯和受剪承载力的简化计算方法。上述研究成果可为高强混凝土剪力墙的抗火设计、灾后损伤评定，以及火灾后钢筋混凝土梁柱构件的损伤评定和加固设计提供参考。 2100433B

高温下高强混凝土的爆裂、相邻楼盖对剪力墙的面外弯矩和剪力等作用会显著降低高强混凝土剪力墙的抗火性能和灾后性能。本项目基于高强混凝土剪力墙的火灾行为与灾后性能的研究成果相对较少的现状，拟进行带面外位移约束的高强混凝土剪力墙的耐火性能试验，考察轴压比、偏心距、受火方式、墙厚和养护制度等对高强混凝土剪力墙的爆裂情况、破坏形态、耐火极限等影响情况；进行单层的高强混凝土剪力墙结构的明火试验和有限元模拟，定量揭示结构中高强混凝土剪力墙的火灾行为；编制高强混凝土剪力墙高温下基于强度破坏的耐火极限计算程序及高温下稳定性能的计算程序，并进行系统的参数分析，建立高温下考虑爆裂影响的高强混凝土剪力墙耐火极限的简化计算方法；进行火灾后高强混凝土剪力墙压弯性能和抗震性能的试验研究和计算分析，提出火灾后高强混凝土剪力墙剩余承载力的实用计算方法。本项目的研究成果可为高强混凝土剪力墙的抗火设计和灾后评估奠定基础。

火灾对混凝土的性能造成不同程度的损伤，通过恢复促进技术使火灾后混凝土的力学性能和耐久性能完全或者大部分得到恢复的修复方法，对火灾后混凝土结构的修复加固有着重要的社会意义和经济意义。.本项目以火灾后的混凝土为对象，研究火灾后混凝土的抗压强度、弹性模量、中性化抵抗性、氯离子渗透抵抗性等性能的恢复规律及其影响因素。对申请者在日本所开发的高渗透性无机质混凝土促进剂进一步深入研究，采用现代分析技术，分析促进恢复的机理，改良促进剂的性能，针对遭受不同火灾温度、灭火方式的混凝土开发出相应修复能力的促进剂，提高受火后混凝土力学性能和耐久性能的恢复率，得到火灾后混凝土的力学性能和耐久性能的促进恢复预测模型，进而开发火灾后混凝土力学性能和耐久性能的恢复促进技术。.项目的预期成果将揭示火灾后混凝土力学性能和耐久性能的恢复机理和规律，开发能够促进火灾后混凝土性能恢复的新技术，为火灾后混凝土的修复技术提供理论依据

我国建筑火灾发生数量以及直接经济损失、死亡人数等呈现上升的趋势，火灾所造成的损失也日益严重。已有的研究成果表明，高温下混凝土材料性能的变化使结构的力学性能和耐久性能严重下降，因此，我们要不断研究火灾后建筑物的修复加固技术，提高灾后建筑物的再利用率。 本项目以火灾后的混凝土为对象，研究了火灾后不同种类混凝土的抗压强度、弹性模量、中性化抵抗性、氯离子渗透抵抗性等性能的恢复规律及其影响因素。采用现代分析技术，分析了促进混凝土性能恢复的机理。开发了混凝土性能促进剂，有效提高了受高温后混凝土的抗压强度、弹性模量、抗碳化性能及抗氯离子渗透性能。 通过对不同强度等级（C35，C40，C45，C60）的混凝土及不同材料的混凝土的加热试验，研究不同火灾温度（200、300、400、500、600、700℃）、火灾后的再养护时间（30天、60天和90天）、冷却方式（自然冷却、喷水冷却）对混凝土的力学性能（抗压强度、弹性模量）和耐久性能（中性化抵抗性、氯离子渗透抵抗性）恢复程度的影响，受400℃以下高温后混凝土的耐久性明显下降需要引起重视。 结果表明，发现修复剂的使用能够大幅明显提高受600℃以下高温混凝土的力学性能和耐久性能。与未使用修复剂的混凝土相比，使用修复剂可以使受600℃高温后混凝土的抗压强度提高13%以上，可以使受600℃高温后混凝土的碳化深度降低9mm。火灾温度及冷却方式对混凝土的力学性能和耐久性能的恢复的最大，对于受700℃高温后的混凝土无论喷水冷却还是自然冷却，其耐久性能都无法得到恢复，即使使用修复剂也无法提高其抗碳化性能。 项目的成果揭了示火灾后混凝土力学性能和耐久性能的恢复机理和规律，开发了能够促进火灾后混凝土性能恢复的新技术，为火灾后混凝土的修复技术提供理论依据。火灾后混凝土力学性能和耐久性能火灾后的混凝土促进恢复技术经过加固或修复能够部分恢复其力学性能和耐久性能，能节省大量的社会资源，产生巨大的经济效益。 2100433B