火焰厚度对钢筋混凝土柱耐火性能的影响

为正确评估火焰厚度对钢筋混凝土构件耐火性能的影响,以矩形截面四面受火柱为研究对象,以标准火为受火条件,采用数值分析方法研究构件表面和试验炉壁面温度,分析火焰厚度对构件耐火性能的影响。结果表明:炉壁温度略低于构件表面温度,不会向构件辐射传热;火焰厚度越大,构件温度越高,承载力越小,对硅骨料混凝土该现象尤为明显;因标准耐火试验炉炉腔尺寸较小,其试验结果可能过高地估计了构件的抗火能力,建议在耐火设计与评估中考虑实际火焰厚度对结构的影响。     

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。     

正交胶合木楼板全尺寸耐火性能试验研究

开展全尺寸正交胶合木楼板在加载情况下的耐火性能试验,所测试的楼板整体厚度为175 mm,在楼板上方均布2.0 kN/m2的砝码进行加载。两块楼板分别采用耐热型聚氨酯（PUR）胶和普通PUR胶制作,并分别采用单层15 mm厚和双层12 mm厚的耐火石膏板进行防火保护。试验发现,对于采用耐热型PUR胶和15 mm厚耐火石膏板的试件,石膏板的脱落时间约为45～50 min,层板炭化后未发生明显的脱落现象;对于采用普通PUR胶和双层12 mm厚耐火石膏板的试件,第一层石膏板的脱落时间约为30 min,第二层石膏板的脱落时间约为60 min,层板炭化后发生了较明显的脱落现象,脱落时间发生在85～100 min。试验进行至121 min,两块楼板中心的竖向位移值分别为-25、-33 mm,楼板背火面整体完好,表面最高温升不超过2℃。结果表明,所测试的楼板试件在加载情况下的耐火极限不低于2.00 h。     

不同尺寸的油盘池火灾临界参数研究

以航空煤油为燃料,分别选用300、450、600、900mm四个不同直径的油盘进行池火实验。研究不同油盘直径,不同高度的火焰温度和热辐射。结果表明,同一高度处,火焰燃烧速率、油池火达到的最高温度和产生的热辐射均随油盘直径增加而升高;油盘直径一定时,油池火的温度随高度的增加而增加,热辐射值随高度的增加呈递减趋势。实验发现,直径900 mm油盘测量高度30 cm处测得"辐射死区"的存在。     

预制混凝土无机保温夹心外墙体抗火性能试验研究

为了研究内、外叶钢筋混凝土墙板、无机保温砂浆板及FRP连接件组成的预制混凝土无机保温夹心外墙的抗火性能,按照ISO 834升温曲线对其进行抗火性能试验,试件包括:有保温层墙体W1(受火60 min)、无保温层墙体W2(受火60 min)和有保温层墙体W3(受火180 min)。研究表明:3个试件沿截面厚度方向温度场呈非线性分布,外叶墙距迎火面30 mm范围内,温度梯度较大,而内叶墙温度受火灾影响较小;试件W1、W2和试件W3跨中区域的背火面平均温升分别为10.7、29.7℃和49.5℃,FRP连接件最高温度分别为435.5、389.4℃和763℃;实测最大跨中挠度分别为14.2、51.7 mm和102.3 mm,无机保温砂浆板可增加墙体抗弯刚度,减小墙体挠度;试件W1、W2在受火60 min情况下,满足GB/T 9978.1—2008《建筑构件耐火试验方法》和ASTM E119所规定的完整性、隔热性和变形等要求,试件W3在受火180 min情况下,墙体耐火极限约为89 min。     

钢管混凝土十字形截面柱耐火性能试验研究

结合钢管混凝土结构和异形柱结构的特点,提出一种由钢管混凝土芯柱和翼柱构成的钢管混凝土十字形截面柱。为研究该钢管混凝土十字形截面柱结构的耐火性能,完成了5个钢管混凝土十字形截面柱足尺试件在ISO 834标准升温曲线下的明火受火试验,研究了轴压比和防火涂层厚度对该钢管混凝土十字形截面柱在高温作用下的破坏形态、轴向变形和耐火极限等性能的影响规律。结果表明,试件轴压比越大,耐火极限越短;防火涂层厚度越厚,耐火极限提高越明显。通过与现行防火规范计算结果的对比发现,该钢管混凝土十字形截面柱具有良好的耐火性能,在防火涂层厚度为10 mm时,试件耐火极限可以达到190 min。在相同耐火极限下,该钢管混凝土十字形截面柱所需防火涂层厚度约为规范建议的纯钢管柱防火涂层厚度的22%。     

砌块夹心保温墙抗火性能试验研究

为研究不同保温材料砌块夹心保温墙的抗火性能,对两片砌块夹心保温墙试件进行了单面受火试验.试验观察了墙体受火过程中的现象,分析了墙体平面外挠度与受火时间的关系;根据试件的截面温度场分布,对比了不同保温材料墙体的保温隔热性能.试验结果表明:受火60min条件下,保温材料分别为岩棉和苯板的砌块夹心保温墙均能满足《建筑构件耐火试验方法》(GB/T 9978.1-2008)关于承载力、完整性以及隔热性的要求.     

闭口型压型钢板-再生混凝土组合楼板抗火性能研究

闭口型再生混凝土组合楼板兼具组合结构的优点与固废利用的特点，但高温下再生混凝土热工和力学性能与普通混凝土有明显差别，进一步造成了相应结构构件火灾下抗火性能的差异。为此，对闭口型再生混凝土组合楼板基于承载能力的耐火极限进行了试验与有限元研究，主要参数为再生粗骨料取代率、板型与荷载水平，分析挠度与不同位置处的温度发展，并建立了适用于该类楼板耐火极限简化计算方法。结果表明：受火90 min后，压型钢板与混凝土未发生分离，组合楼板保持了较好整体性；压型钢板闭口位置温度明显低于受火面底钢板，相同位置处再生混凝土组合板温度低于普通混凝土板；耐火极限受取代率的影响较小，再生混凝土组合板相对普通混凝土板耐火极限提高幅度在1.2%～9.2%,且远超过一级耐火极限90 min的要求；考虑钢板闭口部分受弯承载力贡献提出了耐火极限简化计算式，其可较好地预测组合板耐火极限。     

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。     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

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。     

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。     

三面受火胶合竹梁耐火极限的试验研究

通过5根胶合竹梁的耐火极限试验,对三面受火胶合竹梁的升温规律和耐火极限进行了研究,试验参数包括截面和荷载比。研究表明:未受火对比胶合竹梁经历弹性阶段、弹塑性阶段后,发生脆性断裂破坏;跨中截面应变符合平截面假定。耐火极限试验试件各测点温度随受火时间的增加而升高,且停火之后温度下降较慢;测点离胶合竹截面表面距离越近,温度越高;不同试件距边缘相同距离测点的温度随受火时间变化规律基本相似。相同截面胶合竹梁耐火极限随荷载比增大而减小,相同荷载比胶合竹梁耐火极限随截面尺寸增大而增加。100×225截面胶合竹梁荷载比为0.2,0.35,0.5时,耐火极限分别为30,22,10 min。     

不同构造下轻质底层抹灰石膏耐火性能试验研究

采用轻质底层抹灰石膏分别掺入玻璃纤维或挂网构造,对其保护的钢板和钢管混凝土束试件在室内火灾标准升温曲线下开展耐火试验,根据温度曲线结合规范公式计算出不同构造下轻质底层抹灰石膏高温下等效热传导系数,并评估其保护的钢管混凝土束试件耐火性能。试验表明,采用轻质底层抹灰石膏加挂网的防火保护构造能够满足钢结构防火保护要求。钢板试件在受火过程中能保持完整,升温缓慢,试验140 min后,温度基本保持在500℃左右,隔热效果良好。钢管混凝土束构件在受火140 min后,截面所有测点的温度均不超过200℃,表明此种防火保护构造对钢管混凝土束构件具备较好的防火性能。     

HRBF500级钢筋混凝土简支梁抗火性能试验

通过5根配置HRBF500级钢筋的混凝土简支梁的三面受火试验,探讨了混凝土保护层厚度、荷载比、试件配筋率等因素对HRBF500级钢筋混凝土简支梁耐火性能的影响。试验结果表明:各试件截面温度场分布接近;混凝土保护层厚度和荷载比对试件耐火极限时间影响较大,试件配筋率对耐火极限影响不明显。混凝土保护层越厚、配筋率越大,耐火极限时间越长;荷载比越大,耐火极限时间越短。     

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。     

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。     

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。     

截面尺寸对钢筋混凝土轴心受压构件耐火极限的影响

尺寸效应对混凝土构件力学性能有着明显的影响,曾一度是混凝土材料构件研究领域的热点,但尺寸效应对混凝土构件抗火性能影响的研究鲜见文献报导。试验室通常进行的火灾试验是缩尺试验,但因尺寸效应的影响,试验结果不能简单推及和运用于实际工程构件抗火性能的评估。本文利用经过验证的数值分析模型研究了截面尺寸对钢筋混凝土轴心受压构件耐火极限的影响,给出了参照试件受火时间与高温时承载力的关系图,建立了耐火极限与截面尺寸的函数关系,并用实例验证该函数关系的有效性。同时本文也提出了"等效受火时间"的概念,给出截面分层的方法和确定该时间的截面温度分布条件。