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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

预应力混凝土空心板耐火极限的试验研究

底面受火预应力混凝土空心板耐火极限由空心板跨中挠度、跨中挠度变化率和试件断裂破坏综合确定。通过5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底面受火空心板的耐火极限。研究结果表明,分别持荷25%和50%极限荷载的空心板BP25和BP50的耐火极限分别为47 min和30 min,即随着持荷水平增加,底面受火空心板耐火极限明显降低。     

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。     

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。     

三面受火胶合木梁耐火极限的试验研究

通过5根胶合木梁耐火极限试验,对三面受火胶合木梁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和荷载比两个参数对其耐火极限的影响。研究结果表明: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;且不同试件距边缘相同距离测点温度随时间的变化关系相差较小;相同截面的胶合木梁,随着荷载比的增加耐火极限减小;相同荷载比的胶合木梁,截面较小的木梁耐火极限较低。150 mm×300 mm截面胶合木梁荷载比为0.2、0.35和0.5时,耐火极限分别为46 min、33 min和25 min;而100 mm×200 mm截面胶合木梁荷载比为0.35时,耐火极限为18 min。     

正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点抗火性能研究

为研究火灾下正交胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点单剪受力性能,设计并制作了9组共27个胶合木-混凝土组合楼板凹槽连接节点试件,分别进行常温下和火灾下加载试验和数值模拟分析。试验结果表明,常温下螺钉的钻入角度对试件典型破坏模式具有重要影响。受火90min及以内各试件组的破坏模式均为凹槽附近混凝土截面的脆性剪切破坏;受火接近120min的试件破坏模式为凹槽附近木材损伤十分严重(炭化和脱落)和凹槽下方木材的顺纹受压屈服,同时自攻螺钉附近部分混凝土被压碎。随着受火时间的逐渐增加,多数试件组的抗剪承载力逐渐降低,最大降低幅度为28.1%。荷载比对试件耐火极限具有重要影响：随着荷载比的不断增加,试件耐火极限最大降幅为50.7%。除试件组SFL3和SFL4外,有限元模型的计算结果与试验结果较为接近,预测误差在15%以内,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。     

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。     

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。     

钢-木屈曲约束支撑增强胶合木框架抗侧性能试验研究

为研究屈曲约束支撑增强胶合木框架的抗侧性能,制作了四榀胶合木框架试件,包括一榀纯木框架、一榀胶合木支撑增强木框架以及两榀碳纤维布缠绕钢-木屈曲约束支撑增强木框架。通过水平低周反复荷载试验,对木框架的损伤模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力进行了研究,并研究了屈曲约束支撑刚度对木框架抗侧性能的影响。结果表明：侧向力作用下胶合木支撑发生平面外失稳的脆性破坏,屈曲约束支撑除端部钢板平面外弯曲外无明显损坏;胶合木支撑和屈曲约束支撑均能显著增强木框架的抗侧刚度和抗侧承载力,但相对纯木框架,胶合木支撑增强木框架位移延性系数降低了22.5%,屈曲约束支撑增强木框架位移延性系数增加约41.6%;屈曲约束支撑增强木框架刚度退化明显,但其有效刚度始终大于其他木框架;屈曲约束支撑增强木框架的总耗能约为胶合木支撑增强木框架的228%。提高约束屈曲支撑的刚度能够进一步提升木框架的抗侧性能。     

9 m长胶合木梁受弯性能和炭化速度的试验研究

对9 m长足尺胶合木梁的受弯性能和炭化速度进行试验研究。结果表明:足尺胶合木梁发生源于纯弯区段木材或连接缺陷的弯曲破坏;跨中截面沿高度方向应变变化符合平截面假定;理论分析和数值模拟方法均可较准确地预测木梁的受弯承载力;数值模拟方法还可以较准确地模拟木梁破坏全过程的变形情况。实测胶合木梁在ISO 834升温曲线下的炭化速度为0.7 mm/min,与欧洲规范一致,略小于GB/T 50708—2012《胶合木结构技术规范》的规定值,说明胶合木梁具有可靠的耐火性能。     

受拉木构件耐火极限分析

利用有限元软件ABAQUS对5根不同持荷水平与偏心距的四面受火受拉试件进行了数值分析,分析结果表明:持荷水平、偏心距对受拉木构件耐火极限有一定的影响。     

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。     

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.     

工程竹木梁受弯性能试验研究

为研究工程竹木梁受弯性能,设计足尺花旗松胶合木梁、胶合竹梁、重组竹梁和胶合竹木梁试件进行受弯性能试验,分析试件破坏模式、承载力、变形特点。试验结果表明,4种梁破坏均由下部纤维在跨中被拉断引起,与胶合木梁易受木节等缺陷的影响相比,工程竹梁和胶合竹木梁力学性能更稳定;胶合竹梁、重组竹梁和胶合竹木梁极限荷载平均值分别较花旗松胶合木梁提高28%,91%,38%,达到极限荷载时的跨中位移平均值分别提高94%,63%,118%;胶合竹木梁极限荷载及达到极限荷载时的跨中位移均略大于胶合竹梁,表明通过工程竹材与速生木材的组合使用,胶合竹木梁受弯性能得到增强,胶合竹强度和变形能力得到充分利用。