四面受火木柱耐火极限的试验研究

通过6根四面受火木柱耐火极限的对比试验,研究不同持荷水平、是否采用石灰膏抹面对木柱耐火极限的影响。研究结果表明,四面受火木柱耐火极限随着荷载水平的增加而明显降低。采用石灰膏抹面后,其耐火极限有所增加。石灰膏抹面能有效降低四面受火木柱内的温升梯度,延缓木柱开始炭化的时间,降低炭化速度。     

木梁三面受火后力学性能的试验研究

木梁三面受火后截面分为三个区:外侧为炭化层,承载力完全丧失;中间为高温分解层,承载力明显劣化;内部为正常层,承载力无影响。通过4组15根木梁三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梁剩余承载力、破坏形态和炭化速度的变化。研究结果表明,三面受火后木梁初始刚度明显降低,剩余承载力显著减小。三面受火后木梁承载力下降原因主要包括:受火后木梁表面炭化使有效面积减小,中和轴上升;受火后靠近炭化层的高温分解层木材强度明显劣化。由于角部遭受两个方向的热传递,使木梁下角部炭化加速后变为弧形。随着受火时间增加,木梁炭化速度有所降低;且竖向炭化速度略大于水平炭化速度。     

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。     

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。     

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 表明,一麻五灰传统地仗处理试件在相同受火时间后的极限承载力和初始刚度均明显高于未做表面处理的试件;一麻五灰传统地仗处理和表面无处理木梁试件受火后剩余截面仍基本符合平截面假定;一麻五灰传统地仗处理木梁的炭化速度显著小于未做表面处理的试件,一麻五灰传统地仗处理能有效推迟木梁开始炭化的时间,延缓木梁受火后力学性能的劣化速度.     

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。     

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。     

内墙抹灰不能用石灰膏代替混合砂浆

内墙抹灰常规作法是,15 mm 厚1:1:6水泥石灰砂浆打底.5 mm 厚1:0.3:3水泥石灰砂浆抹面.刷(喷)内墙涂料。但有的施工队在打底后即用石灰膏代替水泥石灰砂浆抹面。他们大多认为石灰膏的和易性好,施工方便,且节省水泥。那么,在内墙抹灰中能否用石灰膏代替水泥石灰砂浆呢?     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.