火災(zāi)下鋼筋混凝土受壓構(gòu)件高溫性能研究綜述

李秋明　馬穎慧　于俊鵬

（華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北　唐山　063009）

火災(zāi)下鋼筋混凝土受壓構(gòu)件高溫性能研究綜述

李秋明馬穎慧于俊鵬

（華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北唐山063009）

對鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的研究現(xiàn)狀作了總結(jié)，重點(diǎn)提出了高溫爆裂這一關(guān)鍵因素對鋼筋混凝土高溫性能的影響。今后的抗火性研究工作中，應(yīng)著重考慮高溫爆裂對構(gòu)件的破壞，開展火災(zāi)下爆裂對鋼筋混凝土柱抗火性能影響的研究非常必要。

火災(zāi)；鋼筋混凝土；受壓構(gòu)件；高溫性能

鋼筋混凝土柱是結(jié)構(gòu)最主要的承受豎向荷載的構(gòu)件，屬于受火條件下鋼筋混凝土柱受到的破壞極大，在火災(zāi)時它的抵抗高溫的性能對建筑物的安全很重要。盡管有很多科研成果關(guān)于研究混凝土的抗火性能。可是每個國家之間的室溫下力學(xué)性能和混凝土材料的成分有所差異，同時，有很多的因素會對高溫下混凝土的各種性質(zhì)產(chǎn)生影響，在此基礎(chǔ)上，由于做實(shí)驗(yàn)的條件和方法有很大的不同，這就導(dǎo)致我們會得到離散性很大的結(jié)果。

1　高溫爆裂

國外學(xué)者Ali F［1］做數(shù)值模擬和耐火試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來源于30根高強(qiáng)度混凝土柱，研究的內(nèi)容是關(guān)于影響爆裂和耐火性能是受升溫速率和荷載比的影響，得出結(jié)論：隨著溫度的升高，受拉力情況下的混凝土?xí)霈F(xiàn)爆裂；荷載比的增大同樣使混凝土更容易發(fā)生爆裂。

國內(nèi)學(xué)者吳波［2］通過對8根裝飾有不同飾面材料的高強(qiáng)混凝土柱式構(gòu)件進(jìn)行ISO 834標(biāo)準(zhǔn)升溫條件下的明火試驗(yàn)，考察了飾面材料對構(gòu)件表面混凝土爆裂的影響，分析了不同飾面材料高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的內(nèi)部溫度場，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。得出結(jié)論：引入飾面材料能對混凝土表面爆裂的開始時間產(chǎn)生影響，但使爆裂程度加深了。比如在升溫兩小時內(nèi)30mm厚的雙層防火板能較好的對混凝土表面的爆裂產(chǎn)生抑制作用。

近幾年來國內(nèi)和國外的研究人員研究了混凝土受力的計(jì)算使其在高溫的作用下考慮不同的爆裂方式。由此能得出結(jié)果，有四面受火時混凝土方形柱的耐火極限實(shí)用公式和用簡單的方法計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件三面高溫時受彎極限承載力等承載力計(jì)算公式，但是僅僅是個別試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)的公式，沒有形成完整的考慮高溫爆裂效應(yīng)的承載力計(jì)算理論，對高溫爆裂產(chǎn)生因素和作用效果未達(dá)成一致。所以在今后的研究過程中，高溫爆裂的研究需要更多的試驗(yàn)和分析加以完善。

2　軸心受壓柱四面受火和三面受火壓彎構(gòu)件

蘇南［3］使用ASTME119標(biāo)準(zhǔn)火焰中，對31根軸心荷載和6根偏心荷載鋼筋混凝土柱進(jìn)行抗火測試，結(jié)果表明影響的因素有骨料種類、端點(diǎn)約束、配筋率、截面尺寸、相對濕度和強(qiáng)度，軸心荷載可以抵抗3小時以上的火，而且硅質(zhì)骨料用碳酸巖骨料代替的混凝土或僅僅增加一邊的截面大小，能使混凝土柱的抗火性能在軸心荷載的作用下大大提高；混凝土柱在軸心荷載的作用下的抗火性能比在偏心荷載作用下強(qiáng)。但是偏心受壓柱也能抵抗3小時火災(zāi)。同時說明了混凝土軸心受壓柱破壞因?yàn)樵谥恳幻婢鶆蚴芑鸬那闆r下混凝土被壓碎。混凝土柱在偏心受壓作用時的破壞因?yàn)閾隙忍螅绊戄S壓柱抗火的是骨料的種類，偏壓柱受端點(diǎn)約束影響更大。

時旭東［4］對12根三面受火的鋼筋混凝土軸心受壓柱在不同溫度（20-950℃下）的試驗(yàn)做了分析，高溫作用下構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)不均勻溫度場，從而使得強(qiáng)度在截面上分布不是均勻的，因此構(gòu)件幾何中心與強(qiáng)度中心沒在一起，所以該構(gòu)件是偏心受壓的，在幾何中心加載的情況下。在室溫的情況下在幾何中心加載的柱也是偏壓的，最后出現(xiàn)的破壞形態(tài)是小偏心與常溫不同。其變形在側(cè)面比較大，固定溫度下施加荷載時的柱和固定荷載逐漸升溫時的柱的抗火能力不同，其中前者的抗火性能較弱。

3　異形柱抗火

由于異形柱的應(yīng)用越來越廣泛，國內(nèi)的學(xué)者對異形柱的做了很多研究，提出異形柱耐火極限的簡單計(jì)算方法是在對異形柱的耐火性進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算分析和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上。吳波［5］對11根鋼筋混凝土異形柱和1根鋼筋混凝土方形柱在ISO 834標(biāo)準(zhǔn)升溫過程下的明火試驗(yàn)，分析了軸壓比和受火方式對高溫下不同截面形狀的鋼筋混凝土柱的破壞形態(tài)、軸向變形、以及耐火極限等的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明鋼筋混凝土異形柱的耐火性能明顯低于方形柱；軸壓比對異形柱的耐火極限影響較大。

4　高溫爆裂研究成為重點(diǎn)

大量的抗火試驗(yàn)研究表明，火災(zāi)作用下高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的表面爆裂深度常常可涵蓋整個鋼筋保護(hù)層。到目前為止沒有精確的定量關(guān)系來描述各種因素與爆裂深度和起爆時刻的關(guān)系。火災(zāi)下混凝土發(fā)生爆裂之后，鋼筋直接受火導(dǎo)致其快速軟化屈服，并且構(gòu)件的有效截面減小，均將導(dǎo)致構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的提前破壞，甚至引起結(jié)構(gòu)倒塌。因此火災(zāi)下混凝土的爆裂對構(gòu)件的破壞有著重要影響，開展火災(zāi)下爆裂對鋼筋混凝土柱抗火性能影響的研究非常必要。

［1］Ali F，Nadiai A，Choi S.Numerical and experimental investigation of the behavior of high strength concrete columnsinfire［J］.Engineering Structures，2010，32（5）：1236-1243.

［2］吳波，李杰，黃玉龍，等.不同飾面材料高強(qiáng)混凝土柱的耐火性能［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，37（3）：120-126.

［3］蘇南，林銅柱，Lie T T.鋼筋混凝土柱的抗火性能［J］.土木工程學(xué)報(bào)，1992，25（6）：25-36.

［4］時旭東，李華東，過鎮(zhèn)海.三面受火鋼筋混凝土軸心受壓柱的受力性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，1997，18（4）：13-22.

［5］吳波，徐玉野.高溫下鋼筋混凝土異形柱的試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2007，28（5）：24-31.

TU375；TU352.5

A

1003-5168（2015）-12-0090-1