標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)加熱條件下混凝土剪力墻溫度場(chǎng)分布

王亞宇

（華北水利水電大學(xué)，河南鄭州 450045）

標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)加熱條件下混凝土剪力墻溫度場(chǎng)分布

王亞宇

（華北水利水電大學(xué)，河南鄭州 450045）

本文開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)加熱條件下鋼筋混凝土剪力墻單面受火試驗(yàn)，研究受火時(shí)間和軸壓力的大小對(duì)溫度場(chǎng)分布的影響，結(jié)果表明：軸壓力大小對(duì)溫度場(chǎng)影響不明顯，而受火時(shí)間越長(zhǎng)，相同厚度處混凝土溫度越高。

標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)；剪力墻；溫度場(chǎng)

近年來(lái)，隨著高層建筑的日益增多，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)或以剪力墻為主的結(jié)構(gòu)體系以其良好的抗震性能被廣泛應(yīng)用。火災(zāi)作用下，剪力墻不僅承受豎向荷載作用，而且充當(dāng)防火墻的功能。因此，隔熱性是剪力墻防火安全設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素之一［1］。為了判定剪力墻的隔熱性能，需要首先確定其截面溫度場(chǎng)。另外，鋼筋和混凝土材料的高溫力學(xué)性能與其遭受溫度有著密切的關(guān)系［2，3］。因此，無(wú)論是進(jìn)行火災(zāi)下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)反應(yīng)分析，還是針對(duì)火災(zāi)后結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷評(píng)估和修復(fù)加固，都需要首先確定結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)分布。本文針對(duì)4榀鋼筋混凝土剪力墻進(jìn)行單面受火試驗(yàn)，對(duì)其截面溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量研究，以期為鋼筋混凝土剪力墻的溫度場(chǎng)研究提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4榀鋼筋混凝土剪力墻，試件兩端設(shè)置100×100mm暗柱，所有試件的外形尺寸均相同，剪力墻尺寸為700mm×1 200mm×100mm。火災(zāi)試驗(yàn)時(shí)，以不同的火燒時(shí)間及軸壓力為變化因素，各試件編號(hào)及主要參數(shù)如表1所示。

表1 試件主要參數(shù)

1.2 試驗(yàn)裝置及過(guò)程

本次受火試驗(yàn)裝置，包括爐體和燃燒控制系統(tǒng)，燃?xì)饨?jīng)過(guò)氣化后，通過(guò)管道輸配至爐膛，而后由燃燒控制系統(tǒng)確定空氣和燃?xì)獾娜紵壤；馂?zāi)試驗(yàn)過(guò)程中所有試件豎向放置，為了模擬剪力墻在實(shí)際工程中承受的上部荷載，所有試件在加熱15min之前預(yù)加軸向壓力（見(jiàn)表1），并在火災(zāi)試驗(yàn)過(guò)程中基本保持不變。由于試件受熱膨脹，所以火災(zāi)試驗(yàn)進(jìn)行中需不斷調(diào)節(jié)千斤頂使所加荷載基本維持不變。達(dá)到預(yù)定受火時(shí)間后，熄火降溫，待試件背火面溫度開(kāi)始降低時(shí)，停止采集數(shù)據(jù)并卸載。

1.3 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量?jī)?nèi)容

爐內(nèi)溫度按《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)規(guī)范》［1］的規(guī)定共放置4個(gè)自制的鎳鉻-鎳硅熱電偶絲測(cè)量，絲徑為1.5mm，熱電偶絲外套陶瓷管以防止2種電偶絲的接觸和短路。爐內(nèi)熱電偶布置于兩側(cè)壁，距離側(cè)壁底部400、800mm處，其熱端與試件迎火面的距離為100mm，深入爐膛內(nèi)深度50mm。

試件內(nèi)部溫度通過(guò)在試件中預(yù)埋自制的20個(gè)絲徑為0.5mm的K型熱電偶絲測(cè)量，熱電偶具體布置如圖1所示。圖中1、2、3、4和5處，每處都布置4個(gè)熱電偶，距離迎火面分別為5、25、50、95mm。

圖2 溫度場(chǎng)分布

圖1 熱電偶布置圖

1.4 升-降溫方式

本次試驗(yàn)采用液化石油氣升溫，溫度由室溫開(kāi)始，升溫階段升溫速率依照ISO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)進(jìn)行升溫，達(dá)到受火時(shí)間（見(jiàn)表1）后熄火，鼓風(fēng)降溫，待試件被火面溫度開(kāi)始降低時(shí)停止采集數(shù)據(jù)、結(jié)束受火試驗(yàn)。各試件實(shí)際爐溫-時(shí)間曲線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線(xiàn)吻合較好。

2 結(jié)果分析

實(shí)測(cè)部分剪力墻內(nèi)部溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖2所示，其中d表示距離迎火面距離。圖2中距離迎火面不同距離的溫度值為圖1中2、3、4、5位置處距離迎火面相應(yīng)距離熱電偶顯示溫度的平均值。由圖2可以看出，各試件內(nèi)部溫度場(chǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律大致相同。點(diǎn)火后，由于混凝土的熱惰性，迎火面附近的混凝土溫度迅速升高，迎火面至25mm范圍內(nèi)混凝土產(chǎn)生了較大的溫度梯度。而背火面附近的混凝土升溫卻非常緩慢，點(diǎn)火后到20min左右，背火面附近的混凝土溫度基本保持常溫，隨后溫度開(kāi)始升高。當(dāng)溫度升高至100℃左右時(shí)，出現(xiàn)了明顯的溫度“平臺(tái)階”，這是由于混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)及水蒸汽向混凝土內(nèi)部遷移所導(dǎo)致的。熄火后，迎火面附近的混凝土溫度降低，而距離迎火面較遠(yuǎn)處混凝土溫度先緩慢升高，而后才降低。因此，圖2中曲線(xiàn)峰值點(diǎn)不斷“右移”，隨著時(shí)間推移，沿墻厚度方向逐漸變?yōu)橐粋€(gè)均勻的溫度場(chǎng)。由圖2可知，軸壓比對(duì)試件溫度場(chǎng)影響不大；混凝土溫度隨著受火時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)4榀鋼筋混凝土剪力墻進(jìn)行了單面受火試驗(yàn)，給出了剪力墻火災(zāi)下內(nèi)部溫度場(chǎng)曲線(xiàn)。得到了以下結(jié)論：①火災(zāi)升溫階段，迎火面附件產(chǎn)生了較大的溫度梯度；熄火降溫階段，背火面附近混凝土溫度先緩慢升高，而后降低。②隨著受火時(shí)間的延長(zhǎng)，鋼筋混凝土剪力墻相同的墻厚處的溫度越高；而火災(zāi)下軸壓力的大小對(duì)溫度場(chǎng)基本無(wú)影響。

［1］GB/T 9978.1-2008.建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)規(guī)范［S］.

［2］段文璽.建筑結(jié)構(gòu)的火災(zāi)分析和處理（四）——混凝土和鋼筋的高溫特性［J］.工業(yè)建筑，1985（11）：50-54.

［3］Khoury GA，Grainger BN，Sullivan PJE.Strain of concrete during first heating to 600℃under load［J］.Magazine of Concrete Research，1985（133）：195-215.

Temperature Distribution of Concrete Shear Wall under Standard Fire Test

Wang Yayu

（North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan 450045）

In this paper,the experimental study on the single side fire of reinforced concrete shear wall under the con?dition of standard fire test was carried out,to study the influence of the time of fire and the axial pressure on the tem?perature distribution,the results showed that the effect of axial pressure on the temperature field was not obvious,and the fire time was longer,the the temperature of concrete at the same thickness was higher.

standard fire test；shear wall；temperature field

TU375

A

1003-5168（2017）02-0115-02

2017-01-16

王亞宇（1991-），男，碩士，研究方向：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高溫性能研究。