[01403001]钢筋再生混凝土构件高温损伤机理及剩余承载力评估

(1)课题来源与背景: 广西自然科学基金项目（项目编号：2016GXNSFDA380032） 再生混凝土具有节能、环保、可重复利用等一系列优点,其相关性能研究引起了国内外学者的高度关注。钢筋再生混凝土构件量大面广,遭受火灾高温后其力学性能如何,引起了工程界的高度关注,揭示钢筋再生混凝土构件高温损伤机理并提出其剩余承载力评估方法,对进一步丰富再生混凝土的理论内容和指导工程实践,具有重要的理论意义和工程应用价值。 （2）研究目的与意义 本项目基于课题组前期研究基础,以钢筋再生混凝土构件为研究对象,利用模型试验、理论分析和数值模拟等手段,研究其高温损伤机理以及剩余承载力的评估方法。重点研究经受不同高温环境后再生混凝土以及钢筋再生混凝土构件的物理及力学性能,获取其高温后该类材料及构件的性能劣化机理,内部温度场分布、损伤演化过程以及强度、刚度退化规律,分析再生骨料取代率、混凝土强度等级、水胶比、保护层厚度、钢筋配置方式、截面尺寸等不同变化参数对高温后再生混凝土及钢筋再生混凝土构件剩余承载力的影响规律,推导并建立高温后再生混凝土及钢筋再生混凝土构件的剩余承载力计算公式和评估方法。 （3）主要论点与论据 本项目完成了 675 个试件的火灾高温试验,系统揭示了钢筋再生混凝土构件的火灾损伤机理,通过数值模拟和理论分析方法,深入分析了不同变化参数对高温后再生混凝土及钢筋再生混凝土构件剩余承载力的影响规律。通过研究发现高温后再生混凝土的强度和弹性模量大幅度降低,初始损伤和峰值应变逐渐增大;高温后钢筋再生混凝土梁随着温度的升高及混凝土强度的降低,受剪试件的承载力降低、延性和耗能减小;温度和混凝土强度对轴压短柱的力学性能影响显著,取代率和恒温时间等参数的影响较小。温度和荷载偏心率对偏压柱的力学性能影响较大,取代率的影响小;钢管试件的黏结强度随温度的升高而增大,而型钢试件的黏结强度随温度的升高而下降;火灾高温后型钢再生混凝土柱的承载力及刚度有所降低,延性及损伤有所增大。 （4）创见与创新 ① 本申报课题分别从材料、界面黏结和构件三个层面,深入分析了再生骨料取代率、混凝土强度等级、截面尺寸等不同变化参数对高温后再生混凝土及钢筋再生混凝土构件剩余承载力的影响规律; ②较全面揭示模拟火灾高温后钢筋再生混凝土构件的受力破坏机理和火灾损伤机理; ③建立了高温后再生混凝土及钢筋再生混凝土构件的剩余承载力计算公式,并提出基于回弹法和物理损伤的实用评估方法。 （5）社会经济效益,存在的问题 火灾是高频灾种,开展再生混凝土组合结构火灾后评估研究十分必要。本项目通过材料、界面黏结和构件三个层面的创新性试验,全面揭示模拟火灾高温后钢筋再生混凝土构件的受力破坏机理,获取其受力性能指标,提出其剩余承载力计算理论和科学的安全评估方法。 建议对广西科技厅对重点项目适当加大研究经费投入（50 万左右）,时间上适当延长到 4 年。 （6）历年获奖情况 ①2019年荣获国家有突出贡献中青年专家荣誉称号; ②2019年获广西壮族自治区第五批八桂学者; ③2019年获广西五一劳动奖章; ④2018 年获国务院政府特殊津贴专家; ⑤2018 年国家科技进步二等奖 1 项“废旧混凝土再生利用关键技术及工程应用”（证书编号：2018-J-221-2-02-R02）。 （7）成果简介要向社会公开 本项目在钢筋再生混凝土研究方面取得了较大进展,获取一些具有重要指导意义的研究结论,在国内外高水平期刊上发表了 24 篇学术论文,并培养了 1 个博士、12个硕士,获 2018 年国家科技进步二等奖 1 项“废旧混凝土再生利用关键技术及工程应用”（证书编号：2018-J-221-2-02-R02）。超额完成了任务书的研究任务。研究成果应用于北流市大象城高层建筑火灾后的安全评估中,取得了很好的社会、经济综合效益。