无机胶粘贴碳纤维布加固板防火涂层厚度取值

万夫雄;郑文忠

【摘要】火漆印章头如何自制For keeping strengthening role of Carbon Fiber Sheet（CFS） bonded with an inorganic adhesive to insure fire safe of structure,thick-typed fireproof coating is needed for protecting CFS.Considering deformation limit of strengthened slabs in fire,temperature on bottom surface of slabs is limited to 415 ℃ by trial calculation of deformation by ABAQUS.By analysis of temperature field of strengthened slabs by ABAQUS,fireproof coating thickness,heat conductivity coefficient and fire duration are the main factors affecting temperature on bottom surface of strengthened slabs,so key factors affecting fireproof coating thickness are heat conductivity coefficient and fire duration.Based on that,in terms of fire endurance and thermal conductivity coefficient of coating,and considering actual construction demand,advised values of fireproof coating thickness are proposed in terms of different type of coating.%为确保火灾下用无机胶粘贴的碳纤维布能正常发挥加固作用,保证结构安全,需要选用一定厚度的厚型防火涂料作为碳纤维布的防火保护

层.基于对加固板高温变形限制的考虑,采用ABAQUS对其高温变形进行试算,提出以板底温度415℃作为控制温度计算涂料厚度的原则.采用ABAQUS对加固板温度场进行分析,表明涂料厚度、导热系数以及受火时间是影响板底温度的主要因素,因而决定涂料保护层厚度的关键因素为导热系数和受火时间.在此基础上,按耐火时间和涂料导热系数的不同,分涂料品种并考虑相应构造要求的基础上,给出基于温度控制的防火涂料保护层厚度取值建议.

【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》

【年(卷),期】2012(044)002

【总页数】6页(P11-16)

【关键词】无机胶;碳纤维布;加固板;防火涂料;防火保护

【作者】万夫雄;郑文忠

【作者单位】哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090／昆明理工大学建筑工程学院,昆明650000;哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090

【正文语种】中文

【中图分类】TU375.2

目前粘贴碳纤维布加固混凝土结构多采用环氧类有机胶.但有机胶软化温度多为60 ～80 ℃［1-2］，即使采取严密的防火措施，在火灾下有机胶也极易超过其软化温度［3-5］，使得碳纤维布在火灾下不能发挥加固作用.为此，进行了开发耐高温无机胶的探索，获得了600 ℃时强度不低于常温强度的无机胶，采用该无机胶粘贴碳纤维布加固混凝土受弯构件是完全可行的［6］.但考虑到高温时碳纤维布在绝氧条件下强度降低非常缓慢，而在有氧环境下易被氧化致使其强度急剧降低的特点，需要选用防火涂料对其进行防火保护.厚型钢结构防火涂料和厚型隧道防火涂料均能达到对碳纤维布实现绝氧和控温的目的［7］.但当防火涂料承受较大的弯曲变形，即跨中位移为计算跨度的1/44 时，涂料会产生弯曲裂缝，进而将碳纤维布暴露在火场中，达不到绝氧的目的.因此需要对构件变形进行控制，而要控制变形，就要对板内温度进行控制.为此，本文首先根据变形限制，通过反复试算选定板底控制温度，然后分析影响板底温度的主要因素，出影响防火涂料保护层厚度的关键因素，最后通过大量计算给出基于温度控制并考虑构造要求的防火涂料保护层厚度取值建议.

1 控制温度的确定

当加固板的跨中位移小于计算跨度的1/44时，涂料才能避免弯曲开裂，碳纤维布才能保持绝氧状态.因此，需寻加固板的板底控制温度，使得加固板在该温度下其跨中位移为计算跨度的1/44.为此不断假定板底温度，计算在每个假定板底温度下加固板的变形.而在板底温度一定的情况下，影响加固板火灾下变形的因素有碳纤维布加固提高幅度、纵向受力钢筋配筋率、荷载水平和截面尺寸，需要从中选取主要参数并考虑其最不利情况(使得加固板变形最大的参数取值)计算加固板在火灾下的最大变形，为此需进行参数分析.

设计计算跨度为4 000 mm 的简支单向板，底部配置HPB235 纵向钢筋，板底粘贴碳纤维布，板面均布加载.采用国际标准升温曲线ISO834 升温90 min，板底单面受火，采用厚型防火涂料对板底进行防火保护.加固板的初始设计参数为:截面尺寸为600 mm×120 mm，碳纤维布提高幅度为30%，纵向受力钢筋的配筋率为0.3%，荷载水平为0.55，防火涂料计算厚度为8 mm，防火涂料的导热系数为0.12 W·K-1·m-1，密度为600 kg·m-3，比热为1 000 J·kg-1·K-1.为考察碳纤维布的加固提高幅度、纵向受力钢筋配筋率、荷载水平和板厚度等各参数对加固板变形的影响规律，在每个参数合理取值范围内逐步改变其值而保持其他参数不变进行计算分析.

机箱怎么防尘>高斯加速器采用ABAQUS 的顺序耦合热应力分析方法进行变形分析.选取ABAQUS 提供的塑性损伤模型、线弹性模型和理想弹塑性模型分别来定义混凝土、碳纤维布和钢筋的材料力学行为.混凝土塑性损伤模型为连续的、基于塑性的混凝土损伤模型.

1.1 单轴力学行为

根据定义的各温度下应力与塑性应变数据，ABAQUS 自动将其转化为应力与等效塑性应变关系曲线，并用率应力应变关系表述，其表达式为

式中:分别为等效塑性拉伸应变与压缩应变;分别为等效塑性拉伸应变率与压缩应变率;θ 为温度.

1.2 基于Drucker-Prager 强度准则的屈服函数

在复杂应力状态下，屈服面是通过有效压应力和有效拉应力来控制的，其表达式为

式中:¯ 为有效静水压应力，分别为3 个等效主应力为Mises等效有效应力，其中sij、s ji 为偏应力张量为有效主应力中的最大值，可以用〈x〉=(|x|+x)/2 表示;α、β、γ 为无量纲常数，

表达式分别为0.5)，其中σbo、σco 分别为双轴、单轴受压时初始屈服应力其中分别为受压和受拉的有效粘聚应力，γ =对于混凝土，材料参数Kc 可取为2/3.

1.3 流动法则

模型的塑性流动法则为基于Drucker-Prager流动面的非关联流动，其表达式为

式中:dε 为塑性应变增量;dλ 为非负的塑性加载系数;为势能函数.

势能函数为Drucker-Prager 抛物线函数，其表达式为

式中:σt0 为单轴极限拉应力;ψ 为p-q 平面上高围压下的剪胀角;ε 为偏移量参数，给出了函数趋向于渐近线的速率(当该值趋向于零时，流动势渐近于直线).在ABAQUS 中，偏移量参数ε 的默认值为0.1.

掘进机液压泵由于塑性流动是非关联的，应用损伤塑性模型将使材料刚度矩阵为非对称阵.因此，在ABAQUS/Standard 中为得到可接受的计算收敛速度，应采用非对称矩阵存储和非对称计算方法求解.

1.4 硬化法则

迷魂阵捕鱼塑性应变增量为

式中:为等效塑性应变增量，dε 为塑性主应变增量，可按式(1)计算;h(¯σ)为权重矩阵，)=其中)为应力权重因子1，当所有等效主应力为正时，该值为1，当所有等效主应力为负时，该值为0.

碳纤维布的线弹性模型表达式为

式中:ε 为应变，E 为常数弹性模量，σ 为应力.

结构分析中选取8 节点的三维实体单元C3D8R、4 节点的三维壳单元S4R 和两节点的三维杆单元T3D2 来分别模拟混凝土、碳纤维布和钢筋，钢筋部件埋置在混凝土部件中，碳纤维布部件贴在混凝土板底.加固板的有限元模型网格划分见图1.

图1 板的网格