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。     

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。     

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。     

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。     

受火后冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板受弯性能试验研究

为比较不同受火时间后的力学性能,进行了7块冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板的对比试验研究,其中3块未受火对比试件,4块底面分别受火20 min、40 min、60 min和80 min试件.研究结果表明,对比试件和受火试件均发生弯曲破坏.升温过程中预制空心板跨中挠度随受火时间显著增加,熄火自然冷却后受火20 min和40 min的试件跨中挠度可恢复;而受火试件60 min和80 min的试件跨中残余挠度接近15 mm.随着受火时间延长,受火后预制空心板开裂荷载、极限荷载和初始弯曲刚度均明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系.受火后预制空心板跨中截面变形基本符合平截面假定,相同荷载作用下受火后试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件.     

粘贴CFRP布和增设钢梁加固受火后带整浇层预应力混凝土空心板楼面承载性能研究

为研究带约束预应力混凝土空心板整浇楼面受火后加固修复方法,共进行了3块带约束预应力混凝土空心板整浇楼面的对比试验研究,其中1块为未受火对比试件,1块为受火60min后未加固试件,1块为受火60min后粘贴CFRP布和增设钢梁加固试件。结果表明:受火60min后试件极限承载力较未受火对比试件降低13.9%。受火60min后加固试件的极限承载力和初始抗弯刚度显著提高;与受火后未加固试件相比,极限承载力提高40.3%、初始抗弯刚度提高26.1%,但破坏挠度降低52.1%、延性降低59.1%;与未受火对比试件相比,极限承载力提高20.8%,破坏挠度降低60.6%;CFRP布和钢梁的加固作用在后期贡献较大。运用ABAQUS软件对试件的受力性能进行了有限元模拟,模拟结果和试验结果吻合较好,可用于受火后该类结构的鉴定评估和加固修复设计。     

带约束预制混凝土叠合板受火后抗弯性能的试验研究

进行带约束预制混凝土叠合板常温和受火后受弯性能的对比试验,研究升降温过程中截面温度场变化和不同受火时间自然冷却后极限荷载、初始弯曲刚度和延性系数的变化规律。结果表明：未受火预制混凝土叠合板和不同受火时间自然冷却后预制混凝土叠合板均发生弯曲破坏。带约束预制混凝土叠合板升温阶段截面温度场呈受火面温度高、背火面温度低的层状分布,降温阶段温度场呈内部温度高、外部温度低的圈状分布;随着受火时间增加,极限荷载和初始弯曲刚度均呈抛物线型下降;受火自然冷却后的残余挠度也明显增大。理论分析表明,经典塑形铰线理论适用于预制混凝土叠合板未受火试件和受火后试件极限荷载的计算;截面温度场和受火后极限荷载数值模拟结果均与试验结果吻合较好,可为预制混凝土叠合板的防火设计和火灾后鉴定评估提供依据。     

预应力混凝土空心板受火后力学性能试验研究

为比较不同受火时间后预应力混凝土空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,制作了7块预应力混凝土空心板试件,其中3块为未受火对比试件,4块为底面分别受火15 min,30 min,45 min和60 min试件,对其开展受火后力学性能的对比研究。研究结果表明：对比试件和受火试件均发生弯曲破坏;升温过程中预应力混凝土空心板跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后跨中挠度大部分可恢复,跨中残余挠度接近20 mm;受火时间大于15min时,受火后预应力混凝土空心板开裂荷载和破坏荷载均有所降低;当受火时间达到60 min时,开裂荷载和破坏荷载均急剧下降;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系;相同荷载作用下受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件;采用等效截面法计算受火后预应力混凝土空心板的承载力基本满足工程精度要求。     

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。     

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。     

钢填板-螺栓连接胶合木框架结构耐火试验与有限元分析

为研究钢填板-螺栓连接胶合木框架在火灾条件下的炭化情况和破坏模式,对常温下1榀单跨木框架试件的承载力和ISO 834标准升温条件下3榀单跨木框架试件的持荷耐火极限进行了试验研究,考察了持荷水平、隅撑设置对木框架耐火极限的影响。试验结果表明:炭化层的收缩和剥落会导致防火涂料对金属连接件的覆盖作用失效,从而加剧螺栓周围木材的炭化;未受火的对比试件的破坏模式为木梁跨中区域梁底木材顺纹受拉破坏,受火试件的破坏模式为梁端螺栓密集区域的木材横纹剪切破坏;与高持荷水平试件相比,低持荷水平试件具备更好的耐火性能,当试件的持荷水平由30%下降至10%时,其耐火极限提高了13min;框架中的隅撑提高了试件的抗火性能,减小了木梁的跨中弯矩和梁端剪力,使木梁的破坏模式由梁端脆性剪切破坏向跨中延性弯曲破坏转变,试件持荷水平为30%时,隅撑使试件的耐火极限提高了6min。在ABAQUS有限元软件中采用温度场-结构场顺序耦合分析方法和子程序定义木材本构关系,能较为准确地模拟火灾条件下胶合木框架的温度场分布和破坏模式,采用模拟木节的精细化建模方法可显著提高有限元分析结果的精度;有限元分析模型中木梁底部的木材单元因炭化而逐渐丧失承载力,导致木梁中和轴随受火时间的延长而上移。     

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。     

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。     

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。     

轻骨料混凝土预制预应力空心板受力性能试验与分析

通过对相同配筋率、相同张拉控制应力、相同混凝土强度等级、不同粗骨料混凝土品种、不同跨度的4组8块预制预应力空心板进行三分点受弯试验,研究了配置螺旋肋消除应力钢丝的轻骨料混凝土预制预应力空心板的正截面受力性能和破坏特征。试验结果表明:轻骨料混凝土预制预应力空心板在受弯过程中,经历弹性、弹塑性、塑性三个发展阶段,正截面符合平截面假定;轻骨料混凝土预制预应力空心板具有同普通混凝土预制预应力空心板相似的承载能力和破坏特征;轻骨料混凝土预制预应力空心板的极限承载力可参照现行规范进行计算;依据混凝土规范推荐的截面塑性抵抗矩影响系数γ值来进行开裂弯矩计算具有更大的安全储备;轻骨料混凝土预制预应力空心板的挠度变化满足混凝土规范设计使用要求。     

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。     

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。     

带约束预应力混凝土空心板整浇楼面受力性能研究

进行了带约束预应力混凝土空心板整浇楼面受力性能的试验研究、理论分析和数值模拟。结果表明:由于约束和整浇楼面的作用,带约束预应力混凝土空心板整浇楼面的极限承载力远大于4块预应力混凝土空心板单块极限承载力之和;带约束预应力混凝土空心板整浇楼面在破坏时形成了明显的塑性铰线、板底钢筋拉断;采用ABAQUS软件的数值模拟结果和试验结果吻合较好。