钢筋混凝土预损伤梁的火灾行为相似性研究

为研究不同比例钢筋混凝土预损伤梁火灾行为的相似性,在已有缩尺模型明火试验的相似理论基础上,对不同几何尺寸比例的3根钢筋混凝土无损梁和9根因经历常温静载试验而产生不同程度预损伤的梁开展明火试验。试验结果表明：采用热辐射模型确定不同比例梁明火试验的升温曲线,可以较好地实现不同比例梁在相应时间点截面温度分布相似;明火试验前形成的宽度在2 mm以下的裂缝对不同比例梁温度场的相似性影响不大,仅影响局部混凝土温度,明火试验前梁上已有的残余变形对其耐火极限影响不大;将不同比例梁受火时间的相似比由几何比例的平方调整为几何比例的1.8次方,可以实现预损伤程度相同的不同比例钢筋混凝土梁挠度变化以及耐火极限相似,从而实现由缩尺模型梁的火灾下力学行为预测足尺原型梁的火灾力学行为。     

HRBF500级钢筋混凝土梁受火后力学性能试验研究

以HRBF500级钢筋混凝土梁为研究对象进行了常温下和受火后细晶粒钢筋混凝土梁的力学性能试验。在不同的受火时间作用下进行了5根细晶粒钢筋混凝土梁的明火试验,自然冷却至室温,然后进行静载试验。通过试验,观察其受火破坏现象、静载破坏形态和在不同工况下混凝土梁受火后剩余承载力的变化; 进行了2根细晶粒钢筋混凝土梁常温下的静载试验,得到荷载 挠度曲线关系,并与受火后的细晶粒钢筋混凝土梁剩余承载力进行比较。试验结果表明：高温对细晶粒钢筋混凝土梁的损伤很大,受火时间、配筋率、预加荷载对混凝土梁耐火性能有影响;受火时间越长,其剩余承载力越小;配筋率越小,其火灾后的剩余承载力越小;预加荷载降低梁的剩余承载力。     

受火后钢筋RPC简支梁受力性能试验研究

为了研究受火后活性粉末混凝土(RPC)构件的力学行为及其变形性能,完成5根受火后钢筋RPC简支梁受弯试验,获得了梁的正截面剩余承载力、荷载 跨中位移曲线及裂缝发展规律,考察了配筋率、荷载水平、受火时间等因素对受火后钢筋RPC简支梁受力性能的影响,并将试验结果与常温下受力性能进行对比分析。结果表明：配筋率为220%~5.13%、受火时间135min时,受火后钢筋RPC简支梁均保持为适筋破坏,且配筋率越大,剩余承载力越高,荷载水平越高、受火时间越长,剩余承载力越低;通过简化计算模型得到受火后钢筋RPC简支梁正截面剩余承载力计算值,与试验值吻合较好;受火后配筋率不低于3.94%的各试验梁剩余承载力与常温下相比降低了10%左右,钢筋RPC简支梁受明火作用后的承载力损失较小。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构温度场试验研究

对4榀单层单跨的圆形钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁带楼板组合框架在火灾下的温度场进行试验,研究组合框架中的钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁温度场分布的特点,并对比不同防火涂料厚度、不同梁高等情况下的温度-受火时间关系曲线。最后采用有限元方法计算了组合框架的温度场,结果表明,计算结果和试验结果总体上较为吻合。     

HRBF500钢筋混凝土梁受火后动力性能试验和温度场数值模拟

500 MPa细晶粒热轧带肋钢筋(HRBF500)强度高、延性好,是一种新型材料。为使其应用得到推广,通过明火试验,考察ISO 834标准升温曲线下,HRBF500级细晶粒钢筋混凝土(RC)梁的火灾行为;采用ANSYS分析和研究高温下细晶粒混凝土梁截面内的瞬态温度分布,并与试验结果对比;对4根细晶粒钢筋混凝土梁,在经历不同的受火时间后自然冷却至室温,进行振动测试,分析混凝土梁自振频率受高温作用的影响规律。研究得到,细晶粒钢筋混凝土梁在受火后的自振频率随着受火时间的增长而不断减小;梁的配筋率越小,自振频率减小的幅度越大。     

火灾下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

为分析钢筋混凝土梁在火灾过程中的温度分布、结构变形非线性变化过程,在三组不同条件下对火灾后钢筋混凝土梁构件内部传热及变形过程进行全过程仿真。基于钢筋混凝土热工特性、温度-应变-应力本构特性,分析钢筋混凝土梁在受火时的温度分布演化过程,以及配筋率、初始载荷和受火时间等参数对钢筋混凝土梁防火承载力的影响。结果表明:火灾中材料强度的降低,自重和初始载荷以及不均匀升温引起的内部应力共同作用引起了构件的整体失稳。初始载荷对梁剩余承载力的影响不大,提高混凝土中钢筋数量能有效地提高钢筋混凝土梁的防火承载力。     

The structural behavior and simplified thermal analysis of normal-strength and high-strength concrete beams under fire

The objective of this study is to investigate the effects of concrete compressive strength and cover thickness on the structural behavior of reinforced concrete (RC) beams under fire. For this purpose, four normal-strength and high-strength concrete test beams were fabricated and tested under the ISO 834 standard fire curve to point of the failure. The test set-up was designed to evaluate the heat distribution and displacement changes of simply supported beams subjected to sustained loads under fire. Test results for normal-strength and high-strength concrete beams were compared for each of the test variables. The test results show that the relationships between time and temperature distributions in the beam sections are very similar and are unrelated to the strength of the concrete, with the exception of the upper part of the beam section. They also showed that the rates of deflection increase for both normal-strength and high-strength concrete beams is very similar before spalling but becomes remarkably high for high-strength concrete beams after spalling. A simplified model was proposed to determine the effect of spalling on the temperature gradient of a high-strength concrete beam. The results of finite difference method (FDM) analysis using this proposed model showed a section temperature gradient that was similar to that of the test results.     

FFRP加固钢筋混凝土梁的受弯性能

为研究亚麻纤维增强塑料（FFRP）加固钢筋混凝土梁的受弯性能,在4种自然纤维布和3种厚度FFRP试件拉伸试验研究的基础上,以FFRP层数为参数对3根试验梁进行了四点受弯加载试验,并对试验梁的破坏形态、荷载 挠度曲线和极限承载力进行探讨;依据FFRP加固钢筋混凝土梁的最常见破坏模式,对相应破坏模式下的抗弯承载力计算公式进行了推导。结果表明:300 g·m^-2雨露麻亚麻布制作成的FFRP拉伸性能稳定;FFRP加固梁的极限承载力和延性与普通钢筋混凝土梁相比都有不同程度的提高;抗弯承载力公式计算值与试验值吻合良好且偏于安全,可为该种加固梁的设计提供依据。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(Ⅰ)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第一部分。     

火灾后陶粒混凝土梁受力性能试验与分析

为研究火灾后配筋陶粒混凝土结构的受力性能,对一组陶粒混凝土简支梁进行高温过火及火灾后的常温加载试验.与火灾前相同陶粒混凝土和普通混凝土构件进行对比,过火后试件的正截面受弯和斜截面受剪承载力均有不同程度的降低.同时,对陶粒混凝土试件的高温过火及过火后的加载试验进行有限元模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行对比分析.     

既有钢筋混凝土梁抗震性能试验研究

既有钢筋混凝土构件的特性不同于拟建构件,除了可能存在设计构造方面的不足之外,还受到所经受的荷载历程和环境腐蚀的影响。根据5根既有钢筋混凝土梁的低周往复加载试验,得到了既有钢筋混凝土梁的破坏特征。根据试验中得到的滞回曲线计算既有钢筋混凝土梁的耗能能力和延性,分析了不同的加载制度对其耗能能力的影响。结论表明,既有构件所经历的最大荷载及最大荷载出现的相对时序均会影响到既有构件的抗震性能。     

火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法(II)

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型,利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场,计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析,理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后,提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第二部分。     

Fire response of exterior reinforced concrete beam-column subassemblages

Investigating the structural response of reinforced concrete beam-column sub-assemblies at elevated temperatures is the purpose of this paper. This goal was achieved by conducting the ISO-834 standard fire test on two identical one-third scaled reinforced concrete beam-column subassemblage test specimens. The test specimens, which each consisted of one reinforced concrete cantilever beam anchored at the mid-height of a reinforced concrete column, were installed together in a full scale furnace and subjected to downward and upward service loads, respectively. The fire compartment fully engulfed the cantilever beams (except the beams’ top face and the loading points), the beam-column connections and the lower columns. The fire test terminated after 74 min as soon as the tensile longitudinal steel bars of the upward-loaded cantilever beam attained the predefined critical temperature 530 °C. The lower columns exhibited partial concrete spalling and typical diagonal cracks appeared at the beam-column connections. Based on the recorded internal temperature distributions at the joint cores it was found that the material strength loss in the fire had insignificant impact on the load bearing mechanism of the joints. On the other hand, the gradual decrease in rotation capacity of the beam ends during the fire course considerably influenced the load-deflection relationship. A detailed numerical work has been carried out to simulate the response of the test specimens and will be published elsewhere.     

CFRP加固钢筋混凝土梁耐火性能试验研究

采用厚型防火涂料和硅酸钙防火板对3根CFRP加固钢筋混凝土梁进行了不同方法的防火保护,在ISO834标准升温条件下进行耐火性能对比试验。分析了不同防火方法及端部锚固性能对高温下CFRP加固梁的温度场变化规律、跨中挠度、破坏形态及耐火极限的影响。试验研究表明:采用50mm厚防火涂料和40mm硅酸钙防火板对加固梁进行三面U型防火保护,耐火极限均可达到2.0h;提高CFRP的端部锚固性能可有效地改善加固梁的耐火性能;防火涂层中增设钢丝网片约束防火涂料、防止开裂和脱落效果明显。试验结果分析表明:CFRP加固混凝土梁防火保护的重点并非是CFRP材料本身,而是钢筋混凝土梁;可以通过延缓钢筋与混凝土材料的温度增长来推迟加固梁达到极限状态的时间,从而获得较好的耐火性能。     

预应力活性粉末混凝土梁抗火性能试验研究

活性粉末混凝土(RPC)是超高性能建筑材料,与高强预应力筋结合形成的预应力RPC梁具有显著的承载、变形和耐久性能优势,但预应力RPC梁的火灾安全性能是制约其广泛应用的关键问题之一。鉴于预应力RPC梁的火灾安全性亟待研究,以荷载水平、预应力筋保护层厚度、预应力筋类型、预应力度等为试验参数,设计制作了8个预应力RPC简支梁,开展了恒定荷载ISO 834标准升温条件下受火试验。获得了梁内温度变化、挠度 受火时间曲线、有效预应力、裂缝开展、爆裂分布及深度等试验数据,研究了火灾高温损伤演化规律和破坏模式。结果表明：干热养护可有效抑制RPC高温爆裂,受火试件保持了良好的完整性;荷载水平和预应力筋保护层厚度是影响预应力RPC梁抗火性能的关键因素,随荷载水平的减小和预应力筋保护层厚度的增大,耐火极限显著提高;荷载水平为0.5、预应力筋保护层厚度不小于45mm可满足2.0h的耐火极限要求;同等条件下有黏结预应力RPC梁的抗火性能优于无黏结预应力RPC梁;常温下按适筋梁设计的预应力RPC梁火灾下易发生少筋破坏。     

不同混凝土保护层厚度钢筋混凝土梁的耐火性能

通过对５根钢筋混凝土简支梁进行的高温试验研究，得出不同混凝土保护层厚度试件的高温强度和变形值，分析和比较了钢筋混凝土的耐火性能     

A numerical approach for modeling the fire induced restraint effects in reinforced concrete beams

In this paper, a model to predict the influence of fire induced restraints on the fire resistance of reinforced concrete (RC) beams is presented. The three stages, associated with the fire growth, thermal and structural analysis, for the calculation of fire resistance of the RC beams are explained. A simplified approach to account for spalling under fire conditions is incorporated into the model. The validity of the numerical model is established by comparing the predictions from the computer program with results from full-scale fire resistance tests. The program is used to conduct two case studies to investigate the influence of both the rotational and the axial restraint on the fire response of the RC beams. Through these case studies, it is shown that the restraint, both rotational and axial, has significant influence on the fire resistance of the RC beams.     

四边简支现浇混凝土空心楼盖二次抗火性能试验研究

为探究火灾后采用聚合物砂浆加固修复混凝土空心楼盖二次火灾下的抗火性能,对四边简支混凝土组合塑料模盒空心楼盖进行两次火灾试验。介绍了试验空心楼盖第一次受火试验及火灾后构件修复情况,重点介绍了加固修复后空心楼盖第二次火灾试验,描述了试验空心楼盖在两次受火下的破坏特征、变形和温度场分布规律,并进行分析和对比。研究结果表明:采用聚合物砂浆修复的空心楼盖在二次火灾作用下,第一次火灾受损较为严重的部位易产生爆裂脱落,从而降低了耐火极限;二次受火下楼盖内混凝土的温度峰值高于一次受火,且距离板底越近,两次火灾作用中温度峰值差值越大;试件在两次火灾作用下跨中处最大竖向位移基本相同,第二次受火作用后的残余位移小于第一次;采用聚合物砂浆对火灾后的空心楼盖进行修复,修复后的楼盖仍具有一定的抗火性能。     

Fire performance of axially restrained steel reinforcedconcrete columns

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能，以荷载比、偏心率和含钢率为参数，开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式，研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时，施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱，高温下柱首先缓慢膨胀，然后逐渐压缩破坏；由于轴向约束分担了柱的竖向荷载，压缩变形随时间变化较为缓和，轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱，高温下其膨胀变形大于轴心受压柱，且膨胀变形先增加再减小；轴向约束增加了柱的竖向荷载，缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著，荷载比越大，耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时，偏心率越大，柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加，会在一定程度上延长柱的耐火极限。