不同跨依次受火混凝土连续板试验研究及理论分析

为研究不同跨依次受火工况下混凝土连续板力学行为,对三块混凝土连续板进行火灾试验,分析不同跨受火顺序、受火时间间隔、配筋率和配筋方式等对试验板各跨温度、变形、板角约束力和破坏模式等影响规律;在此基础上,采用6种混凝土板极限承载力理论,对连续板各跨承载力进行计算分析。试验表明,每跨炉温及板截面温度分布主要取决于自身跨受火情况;不同跨受火工况和边界条件对连续板各跨跨中变形趋势、裂缝分布和破坏机理有重要影响,进而两边跨和中跨具有完全相反的跨中变形趋势,且中跨裂缝较多,易出现完整性破坏。此外,理论表明相比边界作用和受拉薄膜影响,不同跨受火工况及其配筋率对连续板各跨极限承载力变化趋势和数值有决定性影响。总之,对于任一火灾蔓延工况,提高配筋率和采用连续配筋方式有助于提高混凝土连续板各跨抗火性能。     

两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对3榀两层两跨组合钢框架在不同火灾工况下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:单室受火、同跨受火和底层受火三种工况,试验时,梁、板、柱同时受火,节点不受火.试验中量测了各种工况下的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移.结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;而单面受火时则相差较大;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度基本一致;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀,降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合钢框架在降温时因为收缩,导致节点等处出现不同程度的破坏,并产生很大的残余变形;钢框架未受火部分对受火部分约束很大, 导致受火跨边柱与中柱的变形不对称, 同样也产生了内力重分布;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护.     

两跨无粘结预应力混凝土连续板抗火性能试验与分析

完成了9块两跨无粘结预应力混凝土连续单向板抗火试验。通过布置于试验板内的热电偶,获得了试验板截面的温度场分布。通过布置于无粘结筋锚固端的力传感器和试验板上的位移传感器,获得了试验板中无粘结筋应力和试验板新增变形在火灾下的变化过程。通过布置于各试验板边支座上的压力传感器,获得了两跨连续板支座反力在火灾下的变化过程。受火过程中试验板背火面经历了水分溢出、水蒸气形成和发展、溢出水干涸及水蒸气消失的过程。基于不同试件不同时刻的无粘结钢丝应力实测值、边支座反力实测值、跨中新增变形实测值,拟合出了考虑各关键参数影响的火灾下两跨连续板中无粘结钢丝应力计算公式、边支座反力计算公式和跨中新增变形计算公式。针对在抗火试验中有4块试验板板顶负弯矩的钢筋截断处出现了贯穿裂缝的现象,提出了火灾下两跨连续板中支座两侧负弯矩钢筋的截断建议。     

四边简支钢筋混凝土双向板火灾试验研究

进行了2块四边简支钢筋混凝土双向板足尺试件在恒载-升温工况下的火灾试验。研究了双向板在受火过程中沿板厚混凝土的温度场分布规律、钢筋的温度变化、板平面内外的变形、板边转角随温度的改变情况。试验结果表明,在荷载和温度的耦合作用下,沿板厚存在非线性温度场,板平面外变形比常温下显著增加;四边简支钢筋混凝土双向板具有与常温下不同的破坏模式,裂缝主要出现在板顶的长边跨中、距短边支座1/4处以及角部;在火灾作用下板的荷载传递路径有明显改变。     

钢筋混凝土双向简支板火灾行为的试验研究

通过对足尺钢筋混凝土双向简支板进行恒载下的受火试验研究,得出了双向板在受火过程中板的温度场分布规律,板平面外的变形以及板边转角的改变情况,并给出了一些有价值的结论和建议,为今后结构火灾行为进一步的理论分析提供了依据.     

受火后冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板受弯性能试验研究

为比较不同受火时间后的力学性能,进行了7块冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板的对比试验研究,其中3块未受火对比试件,4块底面分别受火20 min、40 min、60 min和80 min试件.研究结果表明,对比试件和受火试件均发生弯曲破坏.升温过程中预制空心板跨中挠度随受火时间显著增加,熄火自然冷却后受火20 min和40 min的试件跨中挠度可恢复;而受火试件60 min和80 min的试件跨中残余挠度接近15 mm.随着受火时间延长,受火后预制空心板开裂荷载、极限荷载和初始弯曲刚度均明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系.受火后预制空心板跨中截面变形基本符合平截面假定,相同荷载作用下受火后试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件.     

铝合金板式节点网壳非破坏性火灾响应试验研究

为研究铝合金板式节点网壳结构在实际火灾下的响应,针对一网壳缩尺模型进行了结构受火试验.采用柴油油池火作为火源,考虑不同的火源功率、火源位置和通风条件,设计了8个受火场景.在结构受火试验前,进行了两次柴油燃烧特性试验,并将试验结果与经典羽流模型的预测值进行了对比分析.结构受火试验结果表明:空间温度场在大空间火灾下分布不均匀,且火源位置和火源功率对结构温度场分布具有较大影响;在各受火场景中,大功率火源位于结构角部且通风条件不佳时为最不利火灾场景;在该火灾场景下,所测得的最高空气温度为128℃,而杆件和节点板的最高实测温度分别为92℃和84 ℃;在所有结构模型受火试验过程中,均发现网壳发生起拱变形,但试验结束后变形可恢复,且未观测到其他破坏现象.对试验过程进行数值模拟,结果表明火灾下结构的热膨胀变形可能提升其稳定承载力,因此在设计时建议分别基于有热膨胀变形和无热膨胀变形的结构进行稳定承载力分析,并取两者结果中的较小值作为结构火灾下承载力的设计值.     

铝合金板式节点网壳非破坏性火灾响应试验研究

为研究铝合金板式节点网壳结构在实际火灾下的响应,针对一网壳缩尺模型进行了结构受火试验.采用柴油油池火作为火源,考虑不同的火源功率、火源位置和通风条件,设计了8个受火场景.在结构受火试验前,进行了两次柴油燃烧特性试验,并将试验结果与经典羽流模型的预测值进行了对比分析.结构受火试验结果表明:空间温度场在大空间火灾下分布不均匀,且火源位置和火源功率对结构温度场分布具有较大影响;在各受火场景中,大功率火源位于结构角部且通风条件不佳时为最不利火灾场景;在该火灾场景下,所测得的最高空气温度为128℃,而杆件和节点板的最高实测温度分别为92℃和84 ℃;在所有结构模型受火试验过程中,均发现网壳发生起拱变形,但试验结束后变形可恢复,且未观测到其他破坏现象.对试验过程进行数值模拟,结果表明火灾下结构的热膨胀变形可能提升其稳定承载力,因此在设计时建议分别基于有热膨胀变形和无热膨胀变形的结构进行稳定承载力分析,并取两者结果中的较小值作为结构火灾下承载力的设计值.     

单层钢框架火灾行为的试验研究

对单层足尺钢框架进行恒载下受火的试验研究,通过试验得出了单层钢框架在受火过程中梁、板及柱的温度场分布规律和变形情况,分析了钢框架在恒载和火荷载共同作用下的破坏特征、耐火极限以及影响它们的各种因素.试验结果表明:钢框架在火灾行为下的破坏特征与单个构件在火灾行为下的破坏特征有所不同.     

单层单跨钢框架抗火性能的试验研究

本文对2榀H型钢单层单跨钢框架进行抗火性能的试验研究。试验采用足尺试件,钢梁长3400mm,钢柱高3200mm,混凝土板宽1000mm。试验中考虑不同受火工况对钢框架抗火性能的影响。通过试验得出了梁、板、柱温度场变化规律和钢框架变形情况。试验结果表明:火灾下,由于钢筋混凝土板的存在,钢梁沿截面高度各点温度不一致,即钢梁沿截面高度存在温度变化的温度场;梁柱全部受火的单层单跨钢框架(节点受到保护)破坏方式为钢柱压屈破坏,破坏位置在受到保护的钢节点下部的钢柱上。本文研究结果为今后钢结构抗火性能的进一步研究提供参考数据。     

无粘结预应力混凝土连续板中跨受火试验研究

对无粘结预应力混凝土连续板在中跨受火下的反应进行试验研究 ,得出了板的温度场分布、板的变形情况及支座反力的变化情况 ,并得出了负弯矩钢筋长度、预应力度对无粘结预应力混凝土连续板的影响。为今后无粘结预应力混凝土板火灾行为研究提供了依据     

无粘结预应力混凝土简支板的抗火试验研究

主要研究了受火无粘结预应力混凝土简支板的温度场分布和板的变形情况 ,并给出了钢筋保护层的厚度、预应力度对无粘结预应力混凝土简支板受火性能的影响。为无粘结预应力混凝土板的火灾行为的理论研究提供了依据。     

钢筋混凝土三跨连续板中跨受火试验研究

对足尺钢筋混凝土三跨连续板进行了恒载下中跨受火试验研究 ,全部火灾试验采用自行研制的火灾试验炉 ,试验结果表明炉子性能稳定、使用方便。通过试验 ,给出了钢筋混凝土连续板在高温下的变形、温度分布规律 ;分析了连续板的内力重分布和破坏机构的特点     

钢筋混凝土简支板受火性能的有限元分析

针对钢筋混凝土简支板恒载下受火性能进行了有限元分析，并与试验结果进行了对照，解释了试验过程中出现的以前没有被认识的试验现象，进一步了解了火灾下钢筋混凝土简支板截面温度场分布规律及跨中挠度的变化趋势．     

钢筋混凝土三跨连续板边跨受火性能试验研究

对足尺钢筋混凝土三跨连续板进行了恒载下边跨受火试验研究 ,通过试验 ,了解了钢筋混凝土连续板在高温下的变形、温度分布规律 ;分析了连续板的内力重分布和破坏机构的特点。全部火灾试验采用自行研制的火灾试验炉 ,试验结果表明 ,炉子性能稳定、使用方便。     

无粘结预应力混凝土连续板火灾行为的试验分析

对9块无粘结预应力混凝土连续板进行了受火性能的试验研究。通过对这些试验的综合分析，给出了出现裂缝的主要种类、成因及由此造成的破坏形式。根据裂缝的发展趋势和板的破坏形式说明了内力重分布的规律，并与由支反力推算得的弯矩变化规律相互验证。从火灾初期弯矩变化规律图可以发现，在受火的前5min，结构内己产生剧烈的内力重分布，火灾初期结构的内力重分布主要是由热膨胀应变引起的。根据板的破坏形式和预应力筋被拉断等现象提出了保证连续构件必要的耐火极限的防护措施。     

Fire performance assessment of HPLWC hollow core slabs through full-scale furnace testing

High-Performance Light-Weight Concrete (HPLWC) is used for many structural applications when superior strength and low self-weight of the structural components are required. Among these applications there are thin floor structures, like hollow core slabs, that require characteristics of lightness, relatively high resistance and superior durability. Although the fire performance of normal strength concrete hollow core slabs has been extensively studied, the behavior of HPLWC hollow core slabs has not been suitably investigated.The paper reports the results of two full-scale furnace tests on HPLWC hollow core slabs. Each of them involved one panel with an applied load and one without load. The evolution of temperature inside the slabs was measured along with the load bearing capacity under fire conditions. During the first test severe spalling occurred in the loaded slab while during the second one, performed on slabs cured for some months under dry conditions, spalling did not occur. Finite elements simulations were also carried out in order to support the interpretation of the experimental results. Experimental and numerical investigations gave insight into the fire performance of HPLWC hollow core slabs and highlighted the influence of dry curing conditions in reducing the spalling and increasing the fire resistance.     

开孔薄壁钢梁-轻骨料混凝土装配式组合楼板受火试验研究

为研究由冷弯卷边H形开孔薄壁钢梁和预制轻骨料混凝土板形成的装配式组合楼板的受火性能,对6个两端简支组合楼板试件开展了高温下试验研究,得到了试件的温度及位移响应。研究结果表明：在等效均布荷载2.0 kN/m²及最高炉温为600℃的烃类火灾作用下,以轻骨料混凝土及腹板开孔薄壁钢梁形成装配式组合楼板具有良好的抗火性能,组合楼板的跨中挠度最大为L/44（L为组合楼板跨度）时,试件仍保持良好的整体性;主钢梁腹板开孔直径与分布形式对组合楼板的整体抗火性能均有显著影响,为减小组合楼板高温下的位移响应,对主钢梁腹板的开孔宜优选孔径大、数量少的分布形式;抗剪键数量对组合楼板抗火性能的响应影响远大于对预制板类型的影响。     

用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板抗火性能试验研究

针对粘贴CFRP布用有机胶软化点过低的问题,研制出600℃时强度不低于常温强度的无机胶。为探索用无机胶代替有机胶粘贴CFRP布提高加固结构抗火性能的可行性,进行了5块用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板的抗火试验。考虑到高温时CFRP布在绝氧条件下强度降低较为缓慢的特点,试验前分别选用厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料对其进行防火保护。试验板先按ISO 834标准升温曲线升温1.5h,再自然降温1.0h。各板底纵向CFRP布经历最高温度为90~300℃,火灾下跨中最大新增位移介于计算跨度的1/438~1/95。经历火灾后,CFRP布完好,无机胶与混凝土板可靠粘贴。试验结果表明:采用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板,厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料均能达到对CFRP布进行控温和绝氧的目的,前者防火效果明显优于后者;用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板采用防火涂料保护后,火灾下和火灾后CFRP布与混凝土板均可有效共同工作。