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。     

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。     

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...     

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。     

三面受火的矩形钢管混凝土柱受力机理与耐火极限

受火边界作为研究结构构件抗火性能的基本前提条件之一,对结构构件抗火性能有着显著影响。已有钢管混凝土柱相关研究多假设其四面均匀受火,则针对实际结构中可能出现的三面受火这一情况,对矩形钢管混凝土柱进行抗火性能理论研究。分析了三面受火的矩形钢管混凝土柱温度场和耐火极限,以及高温全过程的构件受力机理,且与四面受火的矩形钢管混凝土柱进行了对比分析。研究表明:三面受火时构件截面的整体温度比四面受火时有显著降低,且三面受火时耐火极限高于四面受火;三面受火构件在高温全过程中轴向变形趋势与四面受火类似,而侧向变形可能会发生反转。     

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。     

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。     

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。     

三面受火型钢混凝土柱耐火性能有限元分析

在实际火灾中,结构中的柱有可能处于三面受火状态,由于受火边界的差异,其耐火性能与四面受火的情况有所不同。在试验研究的基础上,为进一步深入认识三面受火型钢混凝土(SRC)柱的耐火性能,采用ABAQUS有限元软件建立了三面受火SRC柱的非线性有限元模型,对三面受火SRC柱的破坏过程及机理进行了数值模拟,计算结果与实验结果吻合较好。利用该模型对影响三面受火SRC柱耐火极限的主要参数荷载比及偏心率进行了分析。结果表明,对于偏心受压三面受火型钢混凝土柱,偏心率小于0.2,耐火极限随着偏心率的增加而减小;偏心率大于0.2,耐火极限随着偏心率的增加而逐渐增大。荷载比小时偏心率对耐火极限的影响更大一些,总体上偏心率的影响不是太显著。荷载比对偏心受压三面受火型钢混凝土柱有显著影响。     

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。     

木结构火灾性能研究进展

在已有木结构火灾性能研究资料基础上,分析和总结了木结构火灾特征、木材炭化机理和微观结构变化、木材炭化速度模型、受火木构件剩余承载力、持荷木构件耐火极限等研究现状,并提出了需要进一步研究的重点。     

基于炭化速度的梁柱木构件防火设计方法研究

由于缺乏对木结构火灾性能的系统研究,现行国家标准《木结构设计规范》(GB 50005-2003)(2005版)和《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)仅对木结构构件的耐火极限进行了相关规定,没有涉及木材的燃烧机理、炭化速度以及木构件耐火极限的计算方法,限制了木结构向多层和大跨方向的发展。本文较系统地研究了我国工程常用树种的燃烧性能和炭化速度,得到了木材炭化速度计算式,提出了与试验结果吻合的木构件基于炭化速度的防火设计方法,为相关标准的制修订提供依据,为木结构在我国的推广应用提供支撑。     

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。     

不同持荷水平下预应力混凝土空心板耐火极限试验研究

通过15块预应力混凝土空心板底面受火耐火极限的对比试验，研究了不同持荷水平、板底是否涂抹水泥砂浆粉刷层的底面受火预应力混凝土空心板的耐火极限。结果表明，未受火对比试件和持荷受火试件均发生源于纯弯区受拉裂缝引起的弯曲破坏，持荷受火空心板的跨中挠度显著增大。有粉刷层持荷（8%~72%）p_u （p_u 为未受火对比试件极限荷载的平均值）的试件耐火极限为35~154 min；持荷小于50% p_u 有粉刷层预制空心板的耐火极限均大于43 min。无粉刷层持荷（16%~48%）p_u 的试件耐火极限为31~47 min。随着持荷水平增加，底面受火预制空心板耐火极限逐渐降低；板底涂抹粉刷层后，耐火极限明显提高。无粉刷层预制空心板在受火过程中，孔洞内温度和板顶温度均明显高于有粉刷层的预制空心板。持荷水平对孔洞内和板顶温升梯度无明显影响，但板底涂抹粉刷层对预制空心板温度场变化影响明显。     

清式木结构建筑斗拱耐火性能的试验研究

通过3攒清式木结构斗拱耐火性能的足尺明火试验,研究不同防火处理方式对斗拱耐火性能的影响规律。选取单翘单昂五踩平身科斗拱为研究对象,火源采用木垛火。结果表明：明火试验中,斗拱试件单才瓜拱、单才万拱、厢拱等组件首先被引燃且燃烧持续时间最长,炭化较严重。未进行表面处理的斗拱组件燃烧火焰与木垛火源叠加,火苗高度较高;组件阻燃涂料浸渍的斗拱试件受火过程中组件木材未被引燃。随着受火时间增加,不同位置的温度大部分有不同程度的升高,不同试件距边缘相同位置处的温度变化规律大致相近。各组件沿其轴线方向的炭化不均匀,且各组件炭化速度与空间位置和原始尺寸有关。翘、单才瓜拱、厢拱、单才万拱和外拽枋等组件的宽度和高度方向的炭化速度均较高。表面未处理试件各组件炭化速度为0.5～1.0mm/min,表面喷涂阻燃涂料试件各组件炭化速度为0.1～0.9mm/min,组件采用阻燃涂料浸渍处理试件各组件炭化速度为0.1～0.7mm/min。     

Experimental analysis of cross-laminated timber panels in fire

Design models of timber structures in fire usually take into account the loss in cross-section due to charring of wood. For cross-laminated timber panels in fire only little information on charring is available. The paper describes and discusses the results of an extensive testing programme on the fire behaviour of cross-laminated timber panels under ISO-fire exposure. The fire tests were performed on the small horizontal furnace (1.0×0.8 m) at the Empa in Duebendorf. Particular attention is given to the comparison of the fire behaviour of cross-laminated timber panels with homogeneous timber panels. The results of the fire tests showed that the fire behaviour of cross-laminated timber panels is strongly influenced by the behaviour of the adhesive used for bonding the cross-laminated timber panels. Depending on the properties of the adhesives at elevated temperatures falling off of the charred layers was clearly observed during the fire tests, leading to increased charring rates in comparison to homogeneous timber panels. This is the same effect as observed for initially protected timber members after the fire protection has fallen off. For the specimens where no falling off of the charred layers was observed the fire behaviour was similar to that of homogeneous timber panels.     

燕尾榫节点梁柱式木框架抗火性能试验研究

为研究燕尾榫节点木框架的抗火性能，制作了4榀燕尾榫节点单层单跨木框架试件，开展了1榀木框架在常温下静力加载试验，以及3榀木框架在ISO 834标准升温条件下的持载高温试验，分析了高温下梁上的持荷水平对木框架破坏模式的影响。静力加载试验中，木框架在荷载-位移曲线上升阶段20~30kN时刚度显著增大，到破坏荷载80kN后刚度下降；临近破坏荷载时，榫头底部受压屈服，且榫头有从卯口拔出的趋势，木梁榫头部位约在二分之一高度处突然劈裂破坏，破坏时呈现明显的脆性。抗火性能试验表明，梁上的持荷水平对榫头上部的测点温度分布有较大的影响，而对榫头下部、木梁、木柱的温度分布基本无影响；持荷水平对框架的破坏模式有较大的影响，持荷水平较低的试件KJ1，其破坏模式是跨中挠度的变形速率超过规范允许的限值，耐火极限为38min，破坏具有一定的延性，而持荷水平较高的试件KJ3，其破坏模式为梁端榫头发生破坏，耐火极限为23min，破坏具有突发性。