木柱四面受火后力学性能的试验研究

木柱受火后截面演化为三个区域:外侧为漆黑的炭化层,承载力完全丧失;中间为深灰的高温分解层,承载力明显劣化;内部为颜色不变的正常层,承载力无变化。通过5组24根木柱四面受火后力学性能的对比试验研究,了解不同受火时间后木柱剩余承载力、延性、破坏形态和炭化速度的变化过程。研究结果表明,受火后木柱剩余承载力显著降低,受火木柱的初始刚度均明显低于对比试件,部分截面较小的受火木柱发生偏压破坏。四面受火后木柱承载力下降原因主要包括:受火使木柱表面炭化,木柱有效面积减小;受火后靠近炭化层的高温分解层木材强度明显劣化;随着受火时间增加,木柱截面长细比增加导致其稳定系数降低;部分木柱由于局部裂缝使炭化不均,使受火后木柱的破坏形态由轴压转变为偏压破坏。受火木柱表面有裂缝处及角部的炭化速度加大;随着含水率降低,炭化速度有所增加;随着受火时间增加,炭化速度有所降低。     

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。     

工程竹柱四面受火后力学性能的试验研究

考虑目前常用的工程竹类型胶合竹和重组竹,通过2组10根工程竹柱四面受火后力学性能的对比试验,研究了不同受火时间后工程竹柱剩余承载力、破坏形态和炭化速度的变化。结果表明:不同受火时间后工程竹柱的剩余承载力明显降低,受火10~20min后降低幅度达29.0%~83.1%。四面受火后工程竹柱剩余承载力下降程度随受火时间增加而增加,随截面尺寸增加而减小。剩余承载力下降主要是由于四面受火后工程竹柱表面炭化引起的有效截面面积减少,以及四面受火后靠近炭化层的高温分解层强度明显劣化所致。各组对比试件的初始刚度均明显大于不同受火时间后试件。由于角部遭受两个方向的热传递,四面受火后工程竹柱角部炭化后变为弧形,等效成矩形截面后的等效炭化速度比非角部影响区的平均炭化速度大;胶合竹柱的炭化速度比重组竹柱的炭化速度略高。     

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。     

木梁温度场及受火后力学性能数值模拟

运用有限元软件ABAQUS 建立四面受火下木梁温度场模型和热-力耦合模型,对截面的温度分布、炭化速率、受火后剩余承载力进行分析并与试验对比。结果表明,木梁的温度场模型能较好地模拟出拐角处呈圆弧状的现象;四面受火下水平方向平均炭化速率为0.87 mm/min,竖直方向平均炭化速率为0.86 mm/min 且含水率对炭化深度影响不大;木梁的受火时间对受火后剩余承载力影响较大。     

石灰膏抹面木梁受火后受力性能静力试验研究

木梁受火后由于炭化作用将使其有效截面减少、承载能力降低.通过2组11根木梁三面受火后力学性能的对比试验研究,分析了石灰膏抹面对木梁火灾性能影响.研究结果表明:对比木梁、三面受火无石灰膏抹面木梁和三面受火有石灰膏抹面木梁的破坏形态基本相似;三面受火30min的石灰膏抹面木梁由于含水率降低且木材未遭受炭化损伤,其承载力反而...     

阻燃涂料处理胶合木短柱四面受火后力学性能试验研究

通过4组14根胶合木短柱四面受火后力学性能的对比试验,研究不同截面尺寸、表面处理、受火时间后胶合木柱的剩余承载力、破坏形态和炭化速度的变化规律。研究表明,四面受火20~60min后,胶合木柱剩余承载力随受火时间增加而显著降低,下降幅度为21%~73%,且下降幅度随截面尺寸的增加而减小,截面尺寸为200×200时,下降幅度为28%~73%,截面尺寸为300×300时,下降幅度为21%~51%。胶合木柱炭化速度随受火时间增加有所降低。提出的基于实测炭化速度剩余承载力改进计算方法的计算结果与试验结果吻合较好,可用于预测四面受火胶合木柱的剩余承载力。     

基于无损检测的梁柱式木框架受火后剩余承载力研究

为利用无损检测评估木框架受火后剩余承载力,进行了两榀梁柱式木框架受火试验、阻抗仪无损检测试验以及火灾后剩余承载力试验研究,了解不同受火时间下木框架炭化速度、破坏形态和剩余承载力的变化规律,并采用ABAQUS软件对受火后木框架进行数值模拟分析,验证其极限承载力及破坏规律。研究结果表明：受火后木框架构件梁柱炭化速度相差不大,其炭化速度随受火时间的增大而减小;受火后木材材性参数与阻抗值存在一定的线性回归关系;考虑小试件强度转化为构件强度的影响因素后,受火后木框架构件材性参数亦可通过阻抗值获得;受火后木框架极限承载力明显降低,最终为梁跨中底部拉裂破坏;结合无损检测手段获得的受火后木框架构件材性参数,进行有限元模拟的结果与试验吻合,因此采用无损检测对受火后木框架剩余承载力评估是可行的。     

传统地仗处理木梁三面受火后力学性能试验研究

传统地仗层既可作为传统木结构建筑油漆工艺的基层,又能有效防止木构件腐朽和虫蛀,但地仗处理对木构件防火能力影响的研究还很少.通过4组12根木梁受火后力学性能的对比试验,研究了一麻五灰传统地仗工艺对三面受火木梁耐火性能的影响,分析了是否采用一麻五灰、受火时间等参数对木梁极限承载力、初始刚度和炭化速度变化规律的影响.结果 表...     

传统地仗保护圆木柱受火后力学性能的试验研究

传统木结构建筑的防火性能是制约其长期安全使用的重要因素。通过6组18根不同表面处理圆木柱受火后力学性能的对比试验研究,分析不同表面处理不同受火时间后圆木柱剩余承载力、初始刚度和炭化速度的变化规律,了解不同表面处理对圆木柱受火后力学性能的影响规律。结果表明,未受火对比试件和受火时间较短的圆木柱均呈轴压破坏特征,受火时间较长圆木柱呈偏压破坏特征。受火后试件剩余承载力较未受火对比试件降低5.3%~80.2%,降低幅度与受火时间成正比、与截面尺寸成反比;传统地仗保护试件剩余承载力损失程度明显小于表面无处理试件和表面涂抹防火涂料试件。受火后圆木柱初始刚度显著降低,降低幅度随受火时间增加而增加,有传统地仗保护试件降低幅度小于表面无处理试件。传统地仗保护试件受火炭化后表面有一层白色覆盖物,其炭化速度小于表面无处理试件。数值模拟结果与试验结果符合较好,可供传统历史木结构受火后的评估鉴定。     

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。     

Charring model for timber frame floor assemblies with void cavities

Design models of timber structures in fire usually take into account the loss in cross section due to charring of wood and the temperature-dependent reduction of strength and stiffness of the uncharred residual cross section. For timber frame wall and floor assemblies with void cavities, only a little information is available. In the first part of the paper, the results of an extensive FE-thermal analysis on initially protected timber beams exposed to fire on three sides, after the fire protection has fallen off (post-protection phase), are presented. The FE-thermal analysis verified by fire tests on protected timber specimens exposed to one-dimensional charring permitted the analysis of the main parameters, which influence charring during the post-protection phase. Based on the FE-results, a charring model for timber frame floor assemblies with void cavities has been developed and is presented in the second part of the paper. The charring model takes into account the influence of high temperature during the post-protection phase as well as the heat flux superposition on the charring rate of the timber beams exposed to fire on three sides.     

拉压区复合加固木梁抗弯性能试验研究

为了有效提升古建木梁的承载能力,提出采用拉区粘贴纤维复合材料、压区内嵌钢筋的复合加固方法。对11根矩形木梁进行三分点加载试验,主要考虑加固方法、受拉区名义配筋率和木材种类等影响因素,观察并记录试件的受力过程及破坏形态,获取试件的荷载 挠度曲线及荷载 应变曲线,进而分析各因素对木梁抗弯性能的影响。研究结果表明：仅拉区加固时,木梁试件的承载力、刚度和延性随着受拉区名义配筋率的增加而提高,但提升幅度不显著;拉压区复合加固木梁的承载力及刚度均高于仅拉区加固木梁,采用拉压区复合加固能显著提高原木梁的承载力及刚度,但其延性略有降低;在相同加固方法下,加固松木木梁的承载力及刚度提高幅度要优于杉木木梁。加载过程中,木梁跨中截面应变沿高度方向基本符合平截面假定,木材与加固材料的应变基本一致,表明拉压区复合加固方法可以保证木材与加固材料间的协调工作。基于试验结果,提出拉压区复合加固木梁的承载力计算模型,其理论计算值与试验结果吻合良好。     

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。     

燃烧后木材顺纹抗压性能试验研究

为研究木材的耐火性能,对20个兴安落叶松木材试件进行了燃烧试验,其中一半试件涂刷了阻燃剂,得到了不同燃烧时间下的木材炭化层厚度,并用线性拟合得到了木材炭化速率;将燃烧后的试件加工成小试块,进行了木材顺纹抗压试验.结果表明:燃烧会使残余部分木材顺纹抗压强度降低,且试件顺纹抗压承载力也随燃烧时间的增加而降低,其变化规律可用线性函数描述;采用涂刷处理方法的阻燃剂对木材耐火性能的影响主要表现在木材燃烧的早期,能减小炭化速率,但对木材强度损失的影响不大.