基于ABAQUS分析有防火保护的碳纤维钢骨—钢管混凝土柱的温度场研究.pdfVIP

第十届全闺现代结构T程学术研讨会 基于ABAQUS分析有防火保护的碳纤维钢骨 一钢管混凝土柱的温度场研究 赵鑫 徐亚丰 10168) (沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳I 提要：文章运用大型通用有限元分析软件ABAQUS对碳纤维钢骨—钢管混凝土柱的温度场进行了研究：结果表明，在无防 火保护的情况下，碳纤维布在5分钟内就会完全丧失加固作用，但核心区混凝土受火荷载的影响很小；同时，本文 如采用耐高温环氧树脂则其耐火极限可达3小时以上。 关键词：碳纤维加固、钢骨—钢管混凝土、温度场、防火保护、有限元分析 一、引言 碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土结构技术是20世纪80年代在国际上新兴起的一项新型、高 效、便捷的结构加固技术。CFRP属于纤维增强复合材料(FRP)的一种，也是目前应用最广泛的一种复合 材料，它利用胶结材料将CFRP粘贴在混凝土表面，与混凝土之间协同工作，对结构构件起到加固及改善 受力性能的作用‘1,21。 transition 然而，用于粘贴CFRP的胶粘剂，大多属于环氧类有机物，其玻璃态转化温度T。(theglass 度会迅速降低【3J，从而影响两者之间的共同工作性能，因此目前CFRP加固技术主要用于防火要求不高的 结构，如桥梁等室外结构。要想开拓CFRP加固技术的应用市场，把它应用到多层民用建筑、公共建筑及 工业厂房等耐火等级要求较高的建筑中，必须对碳纤维加固混凝土结构在火灾下的性能进行研究。 据此，本文利用大型通用有限元软件ABAQUS建立了火灾下有防火保护的碳纤维钢骨—钢管混凝土 柱的温度场的计算模型，为进一步深入认识碳纤维钢骨一钢管混凝土柱的高温下力学性能创造力条件。 二、CFRP加固混凝土构件的防火保护方法 没有任何防火保护的CFRP加固混凝土构件在耐火试验的最初几分钟内就会失效，CFRP材料燃烧【4l。 本文着重研究有防火保护的CFRP加固混凝土构件的温度场。对于CFRP加固混凝土构件，目前常见的防 火保护方法有p。J： (一)包封法：采用耐火、轻质低板材，如石膏板、硅酸钙板、珍珠岩板、蛎石板等，通过粘结剂或链 接构件(自攻螺丝等)将板材包封、固定在加固构件上。 (--)喷涂防火涂料法：采用喷涂或手工涂抹，将防火涂料涂覆于加固构件的表面。根据防火涂料的构 成、性能特点分为薄涂型和厚图犁两类防火涂料。薄涂型防火涂料受火后发泡膨胀，形成比原涂料后几十 倍到数十倍的多孔碳质层。厚涂型防火涂料涂层厚度一般为8--50m，导热系数低，可直接用于保护CFRP 加固钢筋混凝土构件。 (三)喷涂矿物纤维法：用矿物纤维做耐火保护层，其材料有石棉、岩棉及矿渣棉，其具体方法是矿物 工业建筑2010增刊 1445 第十届全国现代结构T程学术研讨会 纤维与水泥混和，再用喷枪与水的喷雾向底子喷涂。文献【5】说明，CFRP加固混凝土构件的防火保护方法 并不是单单采用上面的某一种方法，而是采用多种方法相结合。文献f8】和文献【9】采用双层涂料体系，与 CFRP直接接触的表面用惰性层防火涂料，又称VG层，重量轻，隔热性能好；而在外表用膨胀型防火涂 料，又称El层，在高温下发泡膨胀隔热；这分别相当于国内的厚型防火涂料和超薄型防火涂料，而且能取 得超过4h的耐火极限。 三、火灾下碳纤维钢骨一钢管混凝土柱的建模与计算 (一)标准火灾升温曲线 本文采用ISO一834标准升温曲线，具体表达式为： T=To+34519(8t+1) (1) To为试验炉内地初始温度，本文取20C；T为燃烧开始后t分钟时试验炉内空气的平均温度，℃。标 准温度一时间曲线如图I所示。 1200 1000 800 5600