四面受火胶合木柱耐火极限试验研究

通过4根胶合木柱耐火极限试验,对四面受火胶合木柱的升温规律和耐火极限等进行了详细研究,主要考虑了截面尺寸对其耐火极限的影响。研究结果表明:两个未受火对比试件均在柱中附近折断;测点离木截面表面距离越近,温度越高;且不同试件距边缘相同距离测点温度随时间的变化规律接近;荷载比为0.2的200mm×200mm截面胶合木柱耐火极限为47min,而荷载比为0.2的150mm×150mm截面胶合木柱耐火极限为35min,可见相同荷载比的胶合木柱,截面较小的木柱耐火极限较低。     

三面受火胶合竹梁耐火极限的试验研究

通过5根胶合竹梁的耐火极限试验,对三面受火胶合竹梁的升温规律和耐火极限进行了研究,试验参数包括截面和荷载比。研究表明:未受火对比胶合竹梁经历弹性阶段、弹塑性阶段后,发生脆性断裂破坏;跨中截面应变符合平截面假定。耐火极限试验试件各测点温度随受火时间的增加而升高,且停火之后温度下降较慢;测点离胶合竹截面表面距离越近,温度越高;不同试件距边缘相同距离测点的温度随受火时间变化规律基本相似。相同截面胶合竹梁耐火极限随荷载比增大而减小,相同荷载比胶合竹梁耐火极限随截面尺寸增大而增加。100×225截面胶合竹梁荷载比为0.2,0.35,0.5时,耐火极限分别为30,22,10 min。     

螺栓连接胶合木梁柱节点耐火极限的试验研究

通过5根螺栓连接胶合木梁柱节点耐火极限试验,研究螺栓连接胶合木梁柱节点的升温规律和耐火极限,结果表明:常温下螺栓钢填板连接节点的承载力比U形连接件连接节点高,各测点温度随着受火时间的增加而升高且停火后温度下降较慢;测点离木截面表面距离越近,温度越高;距木截面表面距离相同处,螺栓位置温度比节点区域外梁柱截面处温度高;相同类型的胶合木节点,随荷载比增加耐火极限减小;相同荷载比时,U形连接件连接节点耐火极限比螺栓钢填板连接节点稍高。     

不同阻燃涂料处理三面受火胶合木梁耐火极限试验研究

通过4组18根胶合木梁三面受火耐火极限的对比试验,研究截面尺寸、持荷比、阻燃涂料、木梁跨中受拉区是否存在指接对耐火极限的影响。研究结果表明,随着持荷比增加,三面受火胶合木梁耐火极限明显降低,当持荷比由30%增加到50%时,耐火极限降低5~29min;随着截面尺寸增加,耐火极限略有增加,当截面尺寸由100×200增加到150×300时,耐火极限增加1~12min;胶合木梁表面采用I型阻燃涂料涂抹后耐火极限提高4~6min,采用Ⅱ型阻燃涂料常温常压浸渍后耐火极限提高4~13min;纯弯段受拉区存在指接时,耐火极限降低4~25min。多数试件竖向炭化速度大于水平炭化速度,有阻燃涂料木梁的炭化速度略小于没有阻燃涂料木梁的炭化速度。     

经一麻五灰地仗处理的木梁三面受火耐火极限试验研究

传统木结构建筑木构件表面通常采用地仗处理进行保护,而地仗处理对木构件耐火性能的影响规律尚不清晰。为此,通过4组10根三面受火木梁耐火极限的对比试验,研究了截面尺寸、持荷水平、是否地仗处理等因素对木梁耐火极限的影响规律,提出了剩余截面法计算木梁耐火极限,并提出了木梁热力耦合数值分析模型。结果表明,三面受火木梁耐火极限随持荷水平的增加明显降低,当持荷比由30%增加至50%时,木梁耐火极限降低19.6%~31.7%,平均降低17.5min;三面受火木梁耐火极限随截面尺寸增加显著提高,当截面尺寸由100mm×200mm增加至200mm×400mm时,耐火极限提高95.1%~107.8%,平均增加40.0min;木梁表面经一麻五灰地仗处理后,耐火极限提高21.3%~429%,平均提高15.8min。不同持荷水平和截面尺寸木梁内部距离边缘相同位置处的温度变化相近,表面采用一麻五灰地仗处理可显著延缓木梁内部温度的上升速率,木梁两个方向的炭化速度平均值为0.54mm/min,与未作表面处理的木梁相比降低19.4%。基于剩余截面法和数值模拟得到的三面受火木梁耐火极限预测值与试验值的误差在±15%以内,基本满足工程精度要求。     

四面受火胶合木中长柱耐火极限试验研究

通过4组10根胶合木中长柱四面受火的耐火极限试验,研究截面尺寸、持荷水平、阻燃涂料等对胶合木中长柱耐火极限的影响规律。通过理论分析提出了胶合木中长柱基于炭化速度的耐火极限计算方法,并采用有限元软件建立了胶合木柱热力耦合数值分析模型。结果表明,随着持荷水平增加,四面受火胶合木柱耐火极限明显降低,当持荷比由30%增加至50%时,耐火极限平均降低24.5 min;随着截面尺寸增加,四面受火胶合木柱耐火极限显著提高,当截面尺寸由200 mm×200 mm增加至300 mm×300 mm时,耐火极限平均增加28.0 min;当胶合木柱表面采用阻燃涂料涂刷后,耐火极限平均增加4.0 min。胶层、持荷水平和截面尺寸对试件内部距离边缘相同位置处的温度变化无明显影响,表面涂抹阻燃涂料可稍降低试件内部温度的上升速度。垂直胶层方向和平行胶层方向的炭化速度无明显差异,有阻燃涂料处理的木柱炭化速度略小于无阻燃涂料处理的木柱炭化速度。基于剩余截面法计算的四面受火胶合木中长柱耐火极限计算值与试验值的相对误差绝对值的平均值为6.5%,基本满足工程精度要求。有限元模拟得到的耐火极限与试验值的平均相对误差为8.6%,也满足工程精度要求。     

四面受火胶合木中长柱耐火极限试验研究

通过4组10根胶合木中长柱四面受火的耐火极限试验,研究截面尺寸、持荷水平、阻燃涂料等对胶合木中长柱耐火极限的影响规律。通过理论分析提出了胶合木中长柱基于炭化速度的耐火极限计算方法,并采用有限元软件建立了胶合木柱热力耦合数值分析模型。结果表明,随着持荷水平增加,四面受火胶合木柱耐火极限明显降低,当持荷比由30%增加至50%时,耐火极限平均降低24.5min;随着截面尺寸增加,四面受火胶合木柱耐火极限显著提高,当截面尺寸由200mm×200mm增加至300mm×300mm时,耐火极限平均增加28.0min;当胶合木柱表面采用阻燃涂料涂刷后,耐火极限平均增加4.0min。胶层、持荷水平和截面尺寸对试件内部距离边缘相同位置处的温度变化无明显影响,表面涂抹阻燃涂料可稍降低试件内部温度的上升速度。垂直胶层方向和平行胶层方向的炭化速度无明显差异,有阻燃涂料处理的木柱炭化速度略小于无阻燃涂料处理的木柱炭化速度。基于剩余截面法计算的四面受火胶合木中长柱耐火极限计算值与试验值的相对误差绝对值的平均值为6.5%,基本满足工程精度要求。有限元模拟得到的耐火极限与试验值的平均相对误差为8.6%,也满足工程精度要求。     

胶合木结构受火响应规律研究

采用剩余截面法计算分析了典型截面胶合木构件的耐火性能，并对平面尺寸7.2 m×7.0 m、高度4.5 m 的胶合木结构进行了实体火灾试验。结果表明，胶合木构件耐火性能受荷载比和升温曲线影响较大，在90%荷载比时，截面尺寸200 mm×400mm 的胶合木梁耐火极限约为50 min。ISO 834 标准升温曲线与大空间升温曲线下作用75 min，截面尺寸220 mm×280 mm 的构件截面炭化深度分别约40 mm 和30 mm。无外部火源时，胶合木结构难于延燃，火蔓延范围有限。从胶合木截面炭化深度计算、构件耐火极限计算到胶合木结构实体火灾试验得到的结果，可为工程中胶合木结构抗火性能分析提供参考。     

透榫和单向直榫木节点耐火极限的试验研究

通过五个榫卯原木节点耐火极限试验,对透榫和单向直榫木节点的升温规律和耐火极限等进行了研究,主要考虑了节点类型和荷载比两个参数对其耐火极限的影响.结果 表明:常温下单向直榫节点试件的承载力比透榫节点试件的承载力高;各测点温度随着受火时间的增加而升高,且停火之后温度下降较慢;测点离木截面表面距离越近,温度越高;相同类型的榫卯节点,随着荷载比的增加耐火极限减小;相同荷载比时,单向直榫节点耐火极限比透榫节点稍高.     

阻燃涂料处理三面受火锯材木梁耐火极限的试验研究

中国传统建筑多为木结构,而木结构火灾隐患较大,因此对传统木结构的耐火性能提升技术研究迫在眉睫。为此,选取市场上常见的适用于古建筑木结构的透明水性阻燃涂料,通过6根锯材木梁三面受火耐火极限的对比试验,研究阻燃涂料对不同截面尺寸锯材木梁耐火性能的提升效果。研究结果表明,锯材木梁截面尺寸由100mm×200mm增大至200mm×400mm时,耐火极限提高95.1%~107.8%,平均提高102.0%;经阻燃涂料处理后,锯材木梁的耐火极限提高约10min;随着受火时间延长,越靠近试件边缘部位的温度升高越快;阻燃涂料处理试件内部温度升高速度明显小于对应未作处理的试件。     

胶合木梁三面受火后力学性能的试验研究

通过2组7根胶合木梁三面受火后力学性能的对比试验,研究了不同表面处理和不同受火时间后胶合木梁的破坏形态、剩余承载力和应变的变化规律。研究表明,胶合木梁剩余承载力随受火时间增加而明显降低,受火20～40min后剩余承载力显著降低;表面有阻燃涂料处理试件剩余承载力略大于无阻燃涂料处理试件。未受火对比试件和受火后试件跨中截面应变分布均符合平截面假定;相同荷载作用下,受火后试件梁底和梁顶的应变均大于未受火对比试件。采用基于ABAQUS二次开发的木材本构模型,能准确预测木材内部温度在100℃左右时的平台段,且距离受火面越远平台段越长;水平和竖向炭化深度模拟值与试验值误差为8.6%～14.0%,能较准确地模拟胶合木梁的炭化深度;胶合木梁受火后剩余承载力模拟值与试验值吻合较好,可用于胶合木梁三面受火后剩余承载力的评估。     

圆形和方形截面钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能对比分析

为研究圆钢管与方钢管约束钢筋混凝土柱火灾下力学性能的差异,采用ABAQUS软件建立圆形和方形截面钢管约束钢筋混凝土柱温度场和耐火极限的有限元分析模型,以截面尺寸、荷载比和长细比等为参数,分析了截面温度的分布规律以及不同参数对耐火极限的影响,比较了圆钢管和方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的差异。研究结果表明:相同截面形状系数(单位长度构件外表面直接受热面积与其体积的比值)下,方钢管与圆钢管约束钢筋混凝土柱的截面温度分布规律类似,方形截面内部混凝土的温度较圆形截面相同位置处的略低,前者的耐火极限高于后者,且构件长细比与荷载比越小,二者耐火极限差距越显著;当长细比为30时,对于荷载比不超过0.5且截面边长不小于600mm的方钢管约束钢筋混凝土柱,其耐火极限可达到或超过柱类构件一级耐火极限3h的要求,而对于圆钢管约束钢筋混凝土柱,仅当荷载比更小且截面直径更大时,才能满足这一要求。     

受约束预应力混凝土空心板整浇楼面耐火极限试验研究

为分析不同持荷水平下受约束预应力混凝土空心板整浇楼面的耐火极限变化规律,进行了3块受约束预应力混凝土空心板整浇楼面试件的耐火极限试验研究。结果表明:未受火对比试件与受火试件均发生弯曲破坏;持荷比分别为0.3和0.5的试件的耐火极限分别为132 min和73 min,即试件的耐火极限随着持荷比的增加而显著降低;试件内部温度升高存在明显的滞后,截面形成不均匀温度场,呈层状分布;预制空心板孔洞内的温度明显高于相同位置混凝土测点的温度。采用ABAQUS软件对受约束预制空心板整浇楼面试件的截面温度场和不同持荷比下耐火极限进行了数值模拟,结果表明提出的有限元模型能够较准确地预测试件的温度场分布和耐火极限。     

三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限分析

为研究三面受火方中空夹层钢管混凝土柱的抗火性能,通过ABAQUS有限元软件建立了三面受火的方中空夹层钢管混凝土柱有限元模型,并将计算结果与试验数据进行对比,结果吻合良好。利用所建立的模型分析了构件在三面受火条件下的温度场与受力机理,并分析了常见参数对三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的影响,提出了三面受火方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的简化计算公式。结果表明,在荷载比为0.4～0.8、长细比为20～50、截面尺寸为400～1 000 mm常用参数范围内,荷载比、长细比、截面尺寸和荷载偏心率是构件耐火极限的主要影响参数,荷载比和长细比越小,截面尺寸越大,构件耐火极限越大。当0≤e/r_0≤0.4时,荷载偏心率对构件的耐火极限影响较大,耐火极限最大可比轴压时高50%。     

单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱耐火极限

为研究单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火灾作用下单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱有限元模型,相关试验验证之后、分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析取代率、混凝土强度、荷载比、含钢率、荷载偏心率、荷载角、配筋率、截面尺寸和钢材强度等参数对构件耐火极限的影响规律。结果表明：荷载偏心率和荷载角对构件耐火极限影响较为复杂,当荷载角为180°时,荷载偏心率由0.2增加到0.4,构件耐火极限增加11.2%;当荷载偏心率为0.8时,荷载角由0°增到90°,构件耐火极限降低32.2%;荷载比和截面尺寸对构件耐火极限影响明显,当含钢率为5.33%时,荷载比由0.4增到0.5,其耐火极限降低37.1％;当钢材强度为Q345时,截面尺寸由200mm增到300mm时,构件耐火极限增加66.73%。基于上述规律并结合计算结果给出了单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限简化计算式,可为该类柱抗火设计提供参考。     

木梁四面受火炭化速度及剩余受弯承载力试验研究

为研究我国常用树种木构件的抗火性能,进行了4组共12根木梁四面受火试验、以及受火后的剩余受弯承载力试验研究。结果表明,木梁有效面积因受火炭化而减小,边角棱角不再存在,呈圆弧状,靠近炭化层的高温分解层木材强度明显劣化;表面无防火措施木梁的平均水平炭化速度为0.827mm/min,平均竖向碳化速度为0.848mm/min;受火木梁受弯试验过程中跨中截面基本符合平截面假定,破坏模式基本同对比木梁;极限承载力、极限位移、刚度、弯曲弹性模量随着受火时间增加而减小;防火涂料能有效降低炭化速度,提高受火后剩余承载力、极限位移、刚度,防火效果显著。     

落叶松胶合木梁疲劳性能试验研究

胶合木梁的疲劳极限荷载远低于静力极限荷载而易于破坏,通过落叶松胶合木梁的等幅疲劳试验及静力对比试验,分析了落叶松胶合木梁疲劳破坏形态与破坏机理,并研究了其疲劳特性,探讨了弯曲刚度退化规律。结果表明:落叶松胶合木梁的疲劳损伤从受压侧展开,受压侧塑性区高度随循环次数增加而逐渐向受拉侧扩展,最后因试件承载力降低而发生受拉破坏或顺纹剪切破坏;随着疲劳循环次数的增加,疲劳试验梁跨中挠度及拉、压应变逐渐增大,且压应变增幅大于拉应变,但其截面应变分布仍符合平截面假定;经疲劳荷载作用后,梁的弯曲刚度逐渐降低,基本呈线性退化,应力水平越高,其刚度退化越明显,并得出了不同应力水平下落叶松胶合木梁的刚度退化方程;落叶松胶合木梁的疲劳寿命随应力水平的提高而降低,在应力比为0.2,应力水平为0.55倍静力极限荷载时,疲劳极限超过200万次,满足构件有限寿命疲劳设计的要求,说明胶合木梁具有较好的疲劳特性。此外,通过对试验数据进行线性回归分析,初步得出了落叶松胶合木梁的S-N曲线数学表达式。     

不同受火边界下装配式框架的节点抗火性能研究

采用ABAQUS有限元分析软件建立装配式框架中节点上部和下部受火的分析模型,分析重要截面的温度场分布,并将耐火极限的计算值与试验值进行对比验证.研究一定参数范围内荷载比、配筋率、线刚度比对构件耐火极限的影响.研究表明:在不同的受火条件下,梁端变形在升温起初变化缓慢,而接近耐火极限时变形加快,破坏具有一定的突然性.荷载比对节点的耐火极限影响较为显著,表现为荷载比越大,耐火极限越小;配筋率增大时,节点耐火极限变小;随着线刚度比变大时,耐火极限变大.不同受火边界对中节点的耐火极限有一定的影响,两者耐火极限相差0.03％.在相同荷载比、配筋率、线刚度比条件下,上部受火节点耐火极限较下部受火耐火极限小.     

正交胶合木-混凝土组合楼板单面受火耐火极限试验研究

为研究正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限，设计并制作了4个正交胶合木-混凝土组合楼板试件和2个正交胶合木楼板对比试件，分别进行常温下受弯加载试验、持荷耐火极限试验和数值模拟。结果表明：常温下正交胶合木楼板的破坏模式主要包括底部规格材的顺纹受拉断裂破坏、上下两层规格材之间横纹劈裂破坏和中部规格材的滚剪破坏；常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的破坏模式包括现浇混凝土层与正交胶合木板的界面发生剪切破坏和底部规格材顺纹受拉断裂破坏；常温下正交胶合木-混凝土组合楼板的初始刚度和受弯承载力比正交胶合木楼板的分别提高了237.8%和60.1%。受火后，正交胶合木板底发生了明显炭化，正交胶合木-混凝土组合楼板发生了明显的受弯变形。在荷载比相同的条件下，正交胶合木-混凝土组合楼板的耐火极限比正交胶合木楼板的提高了335.3%;随着荷载比由0.20增加至0.50时，试件耐火极限由74.1 min降低至30.6 min。正交胶合木-混凝土组合楼板耐火极限的数值模拟精度误差在14.1%以内，满足工程精度要求。     

钢筋混凝土T形截面连续梁耐火性能试验研究及有限元分析

通过4根钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下耐火极限的试验研究,分析不同持荷水平下三面受火T形截面连续梁的耐火极限变化规律。结果表明:未受火对比试件和受火试件均发生弯曲破坏,但出铰次序不同;持荷比分别为0.3、0.5和0.7的T形截面连续梁的耐火极限分别为160、99、58 min,即随着持荷比的增大其耐火极限显著降低,且达到耐火极限时的跨中残余变形明显增大;T形截面梁翼缘内温度分布与单面受火板相似,腹板内温度分布与三面受火矩形梁相似;在受火过程中,梁截面刚度下降是引起内力重分布的主要原因;有限元模拟能准确预测钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下的耐火极限、截面温度场分布和破坏过程。