CFRP嵌入式加固混凝土受弯构件的耐火性能的试验与理论研究

针对传统的CFRP外贴式加固耐火性能差的状况，本申请拟进行有关CFRP嵌入式加固（改良的CFRP加固法）的耐火性能的几项关键因素的研究，并最终对该加固方法的耐火性能和火灾下结构的安全性作出客观的评估。.通过试验，建立不同温度下有机和无机胶粘剂的剪切应力-应变关系，进而探寻高温下FRP板条、胶体和混凝土三者共同工作的粘结-滑移的性能；进行小型明火试验，研究防火保护层、胶体、CFRP板条和混凝土几者之间温度场的变化；进行嵌入式加固构件的受火试验，研究几项关键因素对构件耐火性能的影响；针对CFRP嵌入式加固构件的多种组成材料进行用户子程序的二次开发，在此基础上建立精细的有限元模型，模拟不同火荷载下CFRP板条嵌入式加固构件的瞬态温度场和力学性能的变化。最后，通过试验和有限元计算结果，提出实用的简化算法以预测CFRP嵌入法加固的耐火性能。

本课题通过试验、有限元计算及理论分析，研究了高温下嵌入式CFRP嵌条与混凝土之间的粘结滑移关系以及火灾中CFRP嵌入法加固钢筋混凝土梁的火灾行为及耐火极限。.主要工作如下：.1.选用环氧有机胶和改性氯氧镁水泥作为粘结剂，将CFRP 嵌条嵌入U 形混凝土试块，使用30mm和300mm两种粘结长度，进行不同温度下的拉拔试验，以观察各温度下的破坏形式，研究各温度下的CFRP嵌条-混凝土的粘结滑移本构关系。.2. 建立有限元模型，采用connector单元模拟CFRP 嵌条与混凝土之间的粘结作用，将试验测得的粘结长度为30mm 的粘结滑移曲线作为粘结滑移本构关系，输入计算得到粘结长度为300mm的试块的加载端粘结滑移曲线，与试验数据吻合良好。.3. 将试验测得的粘结长度为30mm 的粘结滑移关系使用三段式粘结滑移模型和垂直降落式粘结滑移模型简化处理，通过理论分析得出内嵌式CFRP嵌条与混凝土之间的粘结微分方程，通过数学公式推导，对300mm粘结长度范围内滑移的分布函数、粘结力的分布函数以及轴向力的分布函数做了全过程分析。分析结果与试验值和有限元模拟值吻合良好。.4. 进行了3根CFRP抗弯加固梁和1根未加固梁常温下的静载试验，研究了加固方法（嵌入法/外贴法）和粘结剂种类（环氧有机胶/氯氧镁水泥）对CFRP加固效果的影响，为后续火灾试验提供参照对比。.5. 对11根CFRP抗弯加固混凝土梁和1根未加固对比梁进行了ISO834火灾试验。试验考察了加固方法（嵌入法/外贴法）、粘结剂种类（环氧有机胶/氯氧镁水泥）、防火保护材料（超薄膨胀型防火涂料/厚型防火涂料）以及防火保护位置（槽口保护/梁底单面保护/三面保护）等因素对CFRP嵌入法加固梁的高温变形、耐火极限的影响。.6. 利用有限元软件ABAQUS建立二维模型，对受火梁的温度场进行了计算，计算结果与试验结果吻合较好，为CFRP嵌入法加固混凝土受弯构件的抗火性能有限元分析做准备。.7. 利用有限元软件ABAQUS对火灾中的CFRP嵌入法加固梁进行热力耦合分析。建立二维扩展有限元模型，使用Connector单元模拟CFRP嵌条与混凝土之间的粘结滑移关系，考虑高温中混凝土、钢筋以及CFRP的材性变化，导入前述温度场计算得到的结果文件，计算得到的结果与试验结果吻合较好，验证了模型的有效性。