关于HPFL加固RC轴心受压柱在高温和外载共同作用下的性能研究

【摘要】文章通过实验分析的方式研究了HPFL加固RC轴心受压柱在高温以及外部荷载共同作用下其性能方面发生的变化。通过分析认为：对RC轴心受压柱进行HPFL加固处理能够的有效降低原RC轴心受压柱在高温环境下柱内横向变形量。同时，HPFL加固对原RC轴心受压柱受热膨胀变化有约束效果。

【关键词】HPFL加固；RC轴心受压柱；高温；外载；性能

受环境高温或荷载因素的影响，钢筋混凝土结构强度呈显著的变化趋势，对结构整体变形作用力也有非常明显的影响。且由于在钢筋混凝土结构当中，体积膨胀以及截面温度的分布有比较明显的不均衡特点，因此导致结构截面会产生一定程度上的自平衡温度应力以及构件弯曲变形作用力。对于通过HPFL加固的RC轴心受压柱而言，在高温以及外部荷载条件下剩余承载力的大小将直接受到轴心受压柱截面温度场分布的影响。一般来说，当温度或外部荷载作用力变化梯度较大时，截面纵向钢筋所在点的温度以及变形作用力就越高。本文即对HPFL加固RC轴心受压柱在高温以及外部荷载作用下的具体性能进行分析。

1 HPFL加固对RC轴心受压柱高温下性能的影响

HPFL加固层会对RC轴心受压柱的截面温度场产生直接影响。已有研究资料中显示，HPFL加固处理具有非常显著的阻燃效果，通过对RC轴心受压柱进行 HPFL加固处理的方式，能够起到调整柱截面温度场分布的目的，降低柱内各店的相对温度，是改善RC轴心受压柱耐火性能的重要手段。为验证该规律，本文中通过实验方式研究HPFL加固处理对RC轴心受压柱高温下性能的影响情况，炉膛及柱截面温度应用 K 型铠装热电偶进行测量。实验结果如下图（见图1）所示。

图1：RC轴心受压柱升温、恒温过程温度-时间曲线图

结合图1中有关RC轴心受压柱在升温与恒温过程当中温度-时间曲线的变化认为：当与表面距离不足25.0mm时，经过HPFL加固处理的RC轴心受压柱最初数分钟内呈现出了非常显著的上升速度，达到一定标准后，上升速度缓慢持续至恒温状态结束。导致HPFL加固RC轴心受压柱在温度-时间方面变化的主要原因是：在环境温度升高的条件下，RC轴心受压柱柱内水分有非常明显的小号趋势，在一定程度内能够促进柱内温度的提高。而在外部环境温度维持升高状态的前提下，当经过一定的时间后，RC轴心受压柱柱内水分的逸出速度以及逸出梁军有效将，进而使得柱内温度开始有所回升。

对比经过HPFL加固RC轴心受压柱以及未经过HPFL加固RC轴心受压柱来看，未经过HPFL加固的RC轴心受压柱距离较大的钢筋间距，钢筋结构相对于热能的扩散以及传递作用不明显，因此钢筋结构内部温度与素混凝土温度是基本一致的；而从经过HPFL加固RC轴心受压柱方面来说，由于经过加固后柱内钢筋分布非常密集，在外部环境温度受热条件下，温度传递速度快且非常有效的，实质上等同于局部混凝土保护层厚度的降低，故而在距离表面25.0mm的为主，恒温状态下其温度水平明显高于未经过HPFL加固RC轴心受压柱的温度水平。但在外部温度下降时，经过HPFL加固RC轴心受压柱柱内温度也呈现出同步下降的趋势，较未经过HPFL加固RC轴心受压柱而言更低，换言之就意味着HPFL加固层对促进RC轴心受压柱的降温散热有重要意义。

2 HPFL加固对RC轴心受压柱外载下性能的影响

在已有的研究中观察发现，以同等荷载为前提条件，未经过HPFL加固处理的RC轴心受壓柱在变形量方面明显低于经过HPFL加固处理的RC轴心受压柱。分析其原因在于：在HPFL加固过程当中对原RC轴心受压柱进行了凿毛处理，从而使直接承受荷载作用力的面积明显缩小。为验证该规律，本文中通过实验方式研究HPFL加固处理对RC轴心受压柱外载下性能的影响情况。实验结果如下图（见图2～图3）所示。

图2：横向变形与温度对应曲线示意图

图3：轴向力与横向力应变曲线示意图

结合图2不难看出，在环境温度≤600.0℃的前提条件下，RC轴心受压柱横向变形量维持在较小范围内（变形量低于1.5mm），并且变形量伴随温度变化的增长速度较为缓慢。当炉膛温度上升至600.0℃～800.0℃区间时，横向变形的增加速度较前一温度区间有明显的增快趋势。进入维持恒温阶段后，RC轴心受压柱中横向变形量明显增加。同时，图3中1#柱以及3#柱为未经过HPFL加固处理的RC轴心受压柱。根据图3数据显示，除1#和2#柱的数据异常外，其他数据分布较为接近，大致呈线性增加。泊松比在 0.2～0.5 之间，未加固柱的泊松比位于其间。换言之，在RC轴心受压柱进行HPFL加固处理后，其复合体泊松比与界面剂使用厚度有直接关系，使用合理厚度的界面剂对泊松比无明显影响。

3 结束语

当前结构加固技术在工程领域中的应用越来越广泛，HPFL即高性能水泥符合砂浆钢筋网波曾为的基于水泥基的无机胶凝材料。这种材料的综合性能与混凝土性能高度类似，加固层厚度在25.0mm左右。相较于传统加固方法，HPFL加固具有效果显著，施工方便，造价低廉，抗老化以及耐久性能突出的优势，故而在工程实践中得到了很好的推广与应用。同时，也有研究中认为加固结构再次遭受火灾的可能性大，如何验证其安全性是非常关键的一项问题。本文即重点通过实验分析的方法探讨HPFL加固RC轴心受压柱在高温和外载共同作用力下的性能情况，望引起重视。

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作者简介：付华，籍贯：湖南醴陵，1976.9，男，湖南工业大学，讲师，硕士，研究方向：结构工程。