高温后钢-PVA混杂纤维混凝土及构件力学性能研究

本书主要内容是通过结合钢纤维、PVA纤维材料等的优异性能，对刚柔纤维常温和火灾高温后钢-PVA混杂混凝土及构件力学性能进行研究。全书系统研究了合理的纤维掺量对常温和经历高温后混杂混凝土力学性能、钢筋与混杂混凝土黏结性能及钢筋混杂混凝土柱轴心受压和偏心受压力学性能影响及改善机理，为该新型复合材料用于钢筋混凝土结构提供理论基础。本书可作为高校研究生进行实验研究的学习参考资料，也可用于建筑材料相关领域研究的参考用书。

肖良丽，博士，副教授，硕士生导师。美国密西根理工大学土木工程系访问学者，武汉大学建筑与土木工程学院访问学者。主要从事高性能混凝土结构和可靠度，项目信息化的研究。近年来主持和参加湖北省自然科学基金、湖北省住建厅、国家自然科学基金、企业合作等纵横向课题20余项，获得专利4项。发表论文近60余篇，EI收录10篇，SCI收录5篇。

1.4研究意义及研究内容 1.4.1研究意义 虽然混凝土是热惰性材料，但在火灾的高温作用下混凝土结构或构件会出现的损坏和破裂，造成其强度的降低。钢-PVA混杂纤维混凝土达正混杂效应能充分发挥其纤维特点，常温下有效增强混凝土弯曲强度、韧性以及抗冲击性能，高温下能阻止混凝土发生爆裂，以此提高结构构件剩余强度。根据前述研究现状，同时结合课题组前期常温下及高温后钢-PVA混杂纤维混凝土柱受力性能研究基础上，进一步开展对钢-PVA混杂纤维混凝土不同纤维掺量及不同受火温度下受压力学性能研究，该研究丰富了高温（火灾）后混杂纤维混凝土构件力学性能的数据，同时可为完善混杂纤维混凝土高温后的力学性能提供试验参考，也给灾后评估方法的系统化提供思路，为推广应用混杂纤维混凝土结构在火灾后的安全评估以及加固整改方案提供科学依据。 1.4.2研究内容 （1）通过设置三个不同参数：不同纤维类别和纤维体积率（普通混凝土、混掺PVA和钢纤维混凝土）、不同加热温度（常温、200℃、400℃、600℃、800℃）设计了81个试块进行立方体抗压与棱柱体轴心抗压研究，并对这81个混凝土试块进行高温试验。观察高温后试块表面特征等一些物理现象变化，再通过称量试块高温前后的质量，之后得出试块烧失率变化规律。 （2）对经历200℃到800℃四面受火的混凝土试块进行自然冷却后受压力学性能试验，观察其弹性阶段、带裂缝工作阶段和*后破坏阶段的特点，获取其高温后抗压强度、高温后应力应变曲线变化、峰值应力应变的退化。 ①混凝土试块在不同受热温度影响下受压的力学性能变化规律； ②混凝土立方体试块受压与棱柱体轴心受压的力学性能变化规律； ③混凝土试块在不同纤维掺量影响下受压的力学性能变化规律； （3）研究不同因素对混凝土试块高温后的劣化特征，分析不同影响因素下混凝土试块的抗压强度、应力应变曲线、峰值应力应变等的变化情况。 （4）火灾后构件结构损伤初步评估。介绍几种判断构件外表温度的方法，按照试验研究得到的高温后残余强度数据，得出高温后抗压强度下降与温度之间的关系，为构件经高温后外表面温度判定提供依据，为高温后结构损伤评估奠定基础。

目录 第一篇 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土受压力学性能试验研究 7 第1章 绪论 7 1.1研究背景 7 1.2国内外研究现状 8 1.2.1高温后普通混凝土及高强混凝土力学性能 8 1.2.2高温后单掺纤维混凝土力学性能 10 1.2.3高温后混杂纤维混凝土力学性能 11 1.3存在问题和不足 16 1.4研究意义及研究内容 16 1.4.1研究意义 16 1.4.2研究内容 16 1.5本章小结 17 第2章 试验概况 18 2.1试验目的 18 2.2试块制作 18 2.2.1试块设计 18 2.2.2试验材料及其制作 19 2.3高温试验过程 21 2.4高温试验现象 23 2.5试块烧失率 24 2.6本章小结 26 第3章 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土受压性能试验研究 28 3.1立方体抗压试验 28 3.1.1试验概况 28 3.1.2试验现象及结果 29 3.1.3高温后抗压强度试验结果 30 3.1.4高温后应力应变曲线变化 32 3.1.5高温后峰值应力应变的退化 35 3.2棱柱体轴心抗压试验 38 3.2.1试验概况 38 3.2.2试验现象及结果 39 3.2.3高温后抗压强度试验结果 40 3.2.4高温后应力应变曲线变化 42 3.2.5高温后峰值应力应变的退化 45 3.3本章小结 47 第4章 高温自然冷却后钢-PVA混杂纤维混凝土结构损伤评估 49 4.1高温后混凝土损伤评估方法 49 4.2自然冷却方式下混凝土损伤评估 49 4.2.1表观特征评估 49 4.2.2烧失率评估 50 4.2.3高温后试块残余强度损伤评估 55 4.3本章小结 58 第5章 结论与展望 59 5.1结论 59 5.2展望 59 第二篇 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土抗弯抗折性能试验研究 66 第1章 绪论 66 1.1研究背景 66 1.2国内外研究现状 66 1.2.1钢纤维混凝土 67 1.2.2 PVA纤维混凝土 67 1.2.3混杂纤维混凝土 67 1.2.4高温后混凝土力学性能研究现状 67 1.3存在问题和不足 72 1.4研究意义及研究内容 72 1.4.1研究意义 72 1.4.2研究内容 73 第2章 试验概况 74 2.1试验材料 74 2.2试验方案 74 2.2.1试件设计及混凝土配合比 74 2.2.2试件制作与养护 77 2.3试验设备 78 2.3.1高温试验设备 78 2.3.2力学试验设备 78 2.4本章小结 79 第3 章 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土抗折性能试验 80 3.1试验方法 80 3.1.1抗压强度试验方法 80 3.1.2抗折强度试验方法 80 3.2钢-PVA混杂纤维混凝土试验现象及破坏形态 80 3.2.1钢-PVA混杂纤维混凝土试块高温现象 80 3.2.2钢-PVA混杂纤维混凝土抗折试件高温现象 82 3.2.3钢-PVA混杂纤维混凝土试块抗压破坏形态 84 3.2.4钢-PVA混杂纤维混凝土试件抗折破坏形态 86 3.3高温后钢-PVA混杂纤维混凝土质量烧失率 88 3.4高温后钢-PVA混杂纤维混凝土抗折强度结果及分析 92 3.5.1抗折强度计算公式 92 3.5.2高温后钢-PVA混杂纤维混凝土抗折强度结果 93 3.5.3抗折强度与温度变化的关系 93 3.5.4抗折强度与纤维掺量变化的关系 95 3.5.5抗折强度关系式 96 3.5本章小结 98 第4章 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土弯曲韧性试验 99 4.1弯曲韧性试验方法 99 4.2钢-PVA混杂纤维混凝土荷载-挠度曲线结果与分析 99 4.3钢-PVA混杂纤维混凝土弯曲韧性评价 101 4.3.1纤维混凝土弯曲韧性评价方法 101 4.3.2钢-PVA混杂纤维混凝土弯曲韧性评价 104 4.4本章小结 108 第5章 结论与展望 109 5.1结论 109 5.2展望 110 第三篇 高温后钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土短柱轴心受压力学性能研究 113 第1章 绪论 113 1.1 研究背景 113 1.1.1 火灾的危害及灾后评估 113 1.1.2 高温后钢筋混凝土结构 114 1.1.3 高温后纤维混凝土结构 114 1.2 国内外研究现状 115 1.2.1 高温后纤维混凝土和钢筋的力学性能 115 1.2.2 高温后纤维混凝土结构构件的力学性能 118 1.2.3 高温后纤维混凝土结构构件的损伤评估 120 1.3 存在问题和不足 1.4 研究意义及内容 120 1.4.1 研究意义 121 1.4.2 研究内容 121 第2章 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土和钢筋的力学性能试验 123 2.1 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土力学性能 123 2.1.1 试验概况 123 2.1.2 试验过程 125 2.1.3 试验结果及分析 126 2.2 高温后钢筋力学性能 129 2.2.1 试验概况 129 2.2.2 试验结果及分析 129 2.3 本章小结 130 第3章 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土短柱轴心受压试验 132 3.1 试验概况 132 3.1.1 试验材料 132 3.1.2 试验设计及制作 132 3.1.3 升温装置 134 3.1.4 高温后试件应变测试技术 135 3.1.5 加载制度和加载方式 135 3.1.6 高温过程中产生的现象 136 3.2试验结果 136 3.2.1 高温试验结果及机理分析 136 3.2.2 试件的受力破坏过程及形态 138 3.2.3 试验结果分析 144 3.2.4 试件受力的特征点参数 144 3.2.5 试件受力破坏过程曲线及分析 145 3.3 影响因素分析 145 3.3.1 温度 145 3.3.2 混杂纤维体积掺量 147 3.4 本章小结 149 第4章 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土柱轴心受压承载力计算 161 4.1基于试验结果的承载力计算 161 4.2 计算结果与试验结果对比 162 4.3 本章小结 163 第5章 结论与展望 164 5.1 结论 164 5.2 展望 165 第四篇 高温后钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土轴压短柱剩余承载力分析及损伤评估 169 第1章 绪论 169 1.1 研究背景 169 1.2 国内外研究现状 171 1.2.1 高温后普通钢筋混凝土柱力学性能 171 1.2.2 高温后纤维混凝土力学性能 172 1.2.3 高温后钢筋混凝土结构损伤评估 173 1.3 存在的问题和不足 175 1.4 研究意义及研究内容 175 第2章 高温后钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土轴压短柱试验与有限元建模 177 2.1 钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土短柱轴心受压试验 177 2.1.1 试验设计 177 2.1.2 试验装置及加载制度 179 2.1.3 试验结果及分析 180 2.2 有限元温度场模型 183 2.2.1 材料的热工性能 183 2.2.2 温度场模型的验证 185 2.2.3 温度场模型分析 188 2.3 有限元力学模型 195 2.3.1 高温后材料的力学性能 195 2.3.2 力学模型的验证与分析 198 2.4 本章小结 201 第3章 高温后钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土短柱剩余承载力 202 3.1 钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土短柱剩余承载力参数分析 202 3.1.1 受火时间 203 3.1.2 受火方式 206 3.1.3 混凝土强度等级 209 3.1.4 截面尺寸 212 3.1.5 纤维体积率 215 3.2 钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土短柱剩余承载力 218 3.2.1 高温后混凝土短柱剩余承载力计算 218 3.2.2 计算结果与试验结果对比 219 3.3 本章小结 220 第4章 高温后钢-PVA混杂纤维钢筋混凝土短柱损伤评估 222 4.1 高温后混凝土损伤的鉴定及评估 222 4.2 高温后钢-PVA混杂纤维混凝土短柱损伤评估 223 4.2.1 外观形态 223 4.2.2 质量烧失率 224 4.2.3 剩余承载力 225 4.3 本章小结 228 第5章 结论与展望 230 5.1 结论 230 5.2 展望 231