結(jié)構(gòu)耐火性研究

孫興威 王興國 王冬超

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)在火災作用下的結(jié)構(gòu)損傷對結(jié)構(gòu)安全有非常重要的意義，其耐火性能對整個結(jié)構(gòu)的火災安全影響巨大。建筑結(jié)構(gòu)中各類構(gòu)件的受力形式主要有拉力、壓力、彎矩、剪力和扭矩等，抗剪能力在許多構(gòu)件中都是構(gòu)件承載能力的決定因素。近年來，國內(nèi)外學者對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能進行了大量研究，但對其抗火性能研究還不完善，尤其對于火災下鋼筋混凝土梁的抗剪性能研究尚少.

關鍵詞：結(jié)構(gòu)；耐火；承載力

1 結(jié)構(gòu)耐火性的重要性

建筑構(gòu)件在火災高溫的作用下，內(nèi)力產(chǎn)生劇烈的重分布，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，使得構(gòu)件的力學性能降低，從而導致整個結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性能受到影響，甚至可能會引起建筑物的破壞或倒塌。我們要通過分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的熱性能和在火災高溫環(huán)境中的行為，總結(jié)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在火災高溫環(huán)境下承載能力和結(jié)構(gòu)的安全性受到的影響，探討提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能的設計方法。

溫度對鋼筋混凝土梁抗剪承載力的影響主要體現(xiàn)在材料性能和抗剪傳力機理兩方面。與未受火的混凝土和鋼筋材料相比，火災下混凝土和鋼筋的力學性能下降。火災下鋼筋混凝土梁斜裂縫上端混凝土截面承受的剪力降低。火災下鋼筋混凝土梁的裂縫數(shù)量增多，裂縫寬度增大，造成混凝土骨料咬合力下降?；馂南落摻钆c混凝土的粘結(jié)性能下降，粘結(jié)開裂裂縫和撕裂裂縫明顯發(fā)展，彎剪斜裂縫附近縱筋的變形增大，削弱了縱筋的銷栓作用?；馂南驴辜艄拷詈蛷澠痄摻钋姸冉档停晒拷詈蛷澠痄摻钬暙I的抗剪承載力下降。

2 國內(nèi)外學者對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能進行的研究情況

湖南大學胡開贏對使用湖南大學高性能落錘試驗機對鋼筋混凝土（RC）梁沖擊作用下的動態(tài)響應進行研究，并對沖擊后試件進行耐火性能試驗研究，為結(jié)構(gòu)進行抗沖擊設計以及結(jié)構(gòu)抗倒塌火災設計提供參考。主要開展了如下研究工作：（1）進行了RC梁的落錘沖擊試驗研究，研究了不同沖擊高度下梁的裂縫發(fā)展形態(tài)以及沖擊力、支座反力、跨中位移、縱筋應變的動態(tài)響應時程，分析了不同位置處梁的加速度。（2）對沖擊作用下RC梁的破壞機理進行了研究，并采用有限元軟件LS-DYNA對不同沖擊高度下梁的動態(tài)響應進行了數(shù)值模擬。通過對相關文獻試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析，對沖擊荷載作用下梁殘余變形經(jīng)驗公式的適用性進行了探討。

西安科技學院楊菊芬通過比較試驗測得的構(gòu)件耐火時間與規(guī)范所給耐火極限來進行耐火設計。提出的防火設計方法主要是通過計算來進行。提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件火災下極限狀態(tài)的判別標準：失去穩(wěn)定性、失去完整性、失去絕熱性，并針對穩(wěn)定性（承載力極限狀態(tài)）進行研究計算。文中主要研究了二維不穩(wěn)定導熱，并考慮變物性的影響，利用差分方法進行數(shù)值計算，建立了溫度計算的數(shù)學模型。根據(jù)建立的數(shù)學模型，以VB為工具，編制了計算機程序并且實現(xiàn)了仿真過程，從而十分直觀的計算出鋼筋混凝土各類構(gòu)件火災后的承載力。為了驗證仿真過程，由試驗數(shù)據(jù)和相應條件下的仿真做對比，證明了本文所采用的計算方法和仿真過程的可行性。

中南大學防災科學與安全技術(shù)研究所中南大學防災科學與安全技術(shù)研究所曾志長李耀莊唐毓汪洋綜合國外CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)抗火試驗相關研究，總結(jié)了CFRP的高溫熱工性能參數(shù)。用ANSYS軟件對火災高溫下不同情況（無防火保護層和有防火保護層）和不同工況（防火涂料涂抹形式）下CFRP加固后的鋼筋混凝土梁進行了溫度場數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，防火涂料厚40mm時，梁耐火極限可達2.5小時以上，且底面和兩側(cè)面全面涂抹防火涂料的防火效果最好。其研究有助于進一步深入認識CFRP加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高溫下的力學性能和耐火極限，且對CFRP加固后的結(jié)構(gòu)防火設計具有一定的指導意義。

華南理工大學唐貴和以鋼筋混凝土梁及其相鄰樓板作為研究對象，從明火試驗、數(shù)值模擬、參數(shù)分析和實用計算方法等方面，初步考察了鋼筋混凝土T形梁及梁-板組合體的耐火性能。主要工作和結(jié)論如下：（1）開展了6根足尺鋼筋混凝土簡支T形梁和；（2）根對比矩形梁的明火試驗，考察了荷載比、板寬等參數(shù)對簡支T形梁高溫破壞特征、高溫變形及耐火極限的影響趨勢。

廣東省電力設計研究院李毅海利用有限元軟件SAFIR，本文首先分析了無約束鋼筋混凝土柱對應ASTME119標準升溫曲線的力學性能，并與其他學者的試驗結(jié)果進行了對比。隨后，針對約束柱耐火極限的不同定義，分析了轉(zhuǎn)動/軸向約束程度對柱耐火極限的影響規(guī)律。

湖南大學結(jié)構(gòu)工程研究所湖南大學結(jié)構(gòu)工程研究所宋曉勇鄒銀生涂文戈建立了一個理想的完全約束的鋼筋混凝土柱模型，并采用這個模型對實際結(jié)構(gòu)中軸心受壓柱的耐火極限進行了預測和分析。研究結(jié)果表明，在截面尺寸、縱筋配筋率、保護層厚度及混凝土抗壓強度等諸多因素中，保護層厚度是影響實際結(jié)構(gòu)中軸心受壓柱的耐火極限的最主要因素。而我國現(xiàn)行的設計防火規(guī)范是以截面尺寸為主要指標對鋼筋混凝土柱的耐火極限進行規(guī)定，因此，建議我國的設計防火規(guī)范對鋼筋混凝土柱的耐火極限進行規(guī)定時加入對保護層厚度的要求，同時建議加入防止柱表面爆裂的措施。更多還原結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土柱耐火性能理論研究。

3 結(jié)束語

目前對鋼筋混凝土梁的抗火性能研究主要集中在火災下梁的抗彎性能，而對于火災下鋼筋混凝土梁的抗剪性能研究尚少。鋼筋混凝土連續(xù)梁由于同時存在正負彎矩和反彎點，與簡支梁相比受力更復雜，火災下，連續(xù)梁的塑性內(nèi)力重分布不僅改變了彎矩內(nèi)力的分布，還會對梁的剪力內(nèi)力分布和抗剪性能產(chǎn)生影響。

參考文獻：

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