钢筋混凝土结构抗火性能试验研究现状及存在的问题

在大量调研的基础上,从材料、结构和构件三个层次分析了目前混凝土结构抗火性能试验现状、存在的问题及解决方法。这些问题有的是关于试验标准和方法认识上存在一定争议的,有些是实验室和真实情况的不一致造成的,有些是目前技术水平限制所产生的,有些是目前试验领域缺乏研究或还没有认识到需要研究的问题,讨论了一些有价值的建议和研究方向,对今后混凝土结构抗火性能试验有借鉴意义。     

考虑抗火性的工业厂房火灾后结构可靠性评级

为更全面地反映火灾对工业厂房可靠性的影响,确保火灾后结构安全性评级的准确性,结合我国火灾后工业厂房可靠性评级的特点,加入抗火性这一特殊指标,将耐火等级、火灾裂缝和变形3个因素作为抗火性的评级指标,并确定抗火性等级划分标准。建立基于Vague集相似度量理论的、考虑抗火性的火灾后工业厂房结构可靠性综合评级模型。将模型应用于5个工程实例。结果表明,评级结果与规范评级法的结果一致;与未考虑抗火性的规范评级法相比,量化后的评级指标不仅评级过程清晰,而且能有效避免人为因素导致评级结果出现的误差。     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

大变形巷道弹性锚喷混凝土耦合支护技术研究及应用

为提高层理地质条件下大变形巷道的稳定性,延长巷道使用寿命,采用具有较大变形承载能力的喷钢纤维混凝土与弹性锚杆耦合支护技术加固围岩。首先研究层理状地质条件下高应力软岩巷道的破坏特点及规律,确立支护结构和时效耦合的关系,并通过钢纤维混凝土试样的动静荷载试验,研究混凝土强度与钢纤维掺量的关系,得到喷钢纤维混凝土合理的钢纤维掺量。此外,针对大变形巷道开挖初期变形量大、破坏速度快的特点,设计具有让压吸能作用的新型弹性锚杆,并将此弹性锚杆结合喷钢纤维混凝土技术进行工业试验,试验的位移监测结果表明:该方案位移量比原方案减小约50%,且支护10个月后未出现裂缝。     

不均匀防火涂层对火灾条件下某简支钢梁温升和变形特性的影响

在钢结构抗火研究中通常假设构件表面防火涂料涂刷均匀、厚度一致.但实际上这些涂层由于多种原因厚度并不一致,不均匀防火涂层可能对钢构件的温升特性和结构抗火性能产生影响.基于已被证实的不均匀防火涂层厚度服从正态分布的假设,运用有限元软件ANSYS分析了某简支钢梁在标准温升火灾条件下的温升和变形特性,研究结果表明:钢梁轴向温度不再一致,并呈区域分布,横截面温度呈非对称分布;涂层的不均匀性对轴向变形影响较小,但对构件挠度影响较大.标准差越大,其温度和挠度的相对误差越大.     

紫金山登山道主要树种抗火性研究

比较分析了紫金山登山道两侧主要树种的抗火能力,对紫金山不同立地、区位的森林生物防火林带建设和树种选择进行探讨和分析。利用层次分析法,从树种燃烧特性、生物学和生态抗火特性三个方面对紫金山登山道路两侧32种主要树种的抗火性进行综合评价分析,并利用聚类分析对32种树种的抗火性进行分类。结果表明:石楠、油茶、冬青、栓皮栎、青冈、枸骨、麻栎等12种树种综合抗火性较强;朴树、枫香、黄檀、黄连木等7种树种综合抗火性一般;糙叶树、短叶中华石楠、苦树、山胡椒、紫薇、狭叶山胡椒等12种树种综合抗火性较弱;马尾松综合抗火性最弱。树种抗火性评价的11项评价指标中树叶特性、含水率、树皮特征、热值、树冠结构5项指标对树种抗火性影响较大,综合生物学特征对树种抗火性影响最大。冬青、青冈、女贞等常绿大乔木,石楠、油茶、枸骨、茶树等常绿灌木抗火性较强,可以作为防火树种。糙叶树、短叶中华石楠、苦树、山胡椒、紫薇、狭叶山胡椒、瓜木、构树、鸡爪槭、白檀、青桐、卫矛、马尾松等抗火性差,在森林防火中需要重点防护。     

混凝土结构高温爆裂风险的模糊综合评价

混凝土在火灾等高温条件下的爆裂,会给整个建筑结构的安全带来严重危害。目前,混凝土结构的高温爆裂风险分析与评价已经成为混凝土结构抗火性能研究的热点,而模糊数学理论是分析此类问题的最有效方法之一。混凝土爆裂现象比较复杂,必须综合考虑材料和外部环境2个方面的因素。选择混凝土强度、水灰比、纤维量、养护湿度、荷载水平和升温速率组成影响因素集,并按各因素的重要性赋以不同的权重,应用模糊数学理论建立混凝土结构高温爆裂风险模糊综合评价模型。先随机选取10个混凝土试样组成待评价爆裂风险的混凝土样本集;然后形成该样本集的指标特征值矩阵,并转换为相应的相对隶属度矩阵;结合权重,可得10个混凝土试样相对5个爆裂风险级别的相对隶属度矩阵;最后,计算出待评价的10个混凝土试样的爆裂级别特征值。爆裂风险预测与试验的结果一致,表明所建立的模型能有效地评价混凝土高温爆裂风险。     

相对两面受火的方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限

在已有设计与实践中,较多关注四面均匀受火的钢管混凝土柱耐火极限的研究。但是通常在实际火灾中,钢管混凝土柱常出现相对两面受火这种非均匀受火情况,且该受火情况下钢管混凝土柱的受力机理与抗火性能与均匀受火情况有所不同。因此以方中空夹层钢管混凝土短柱为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立了方中空夹层钢管混凝土短柱在相对两面受火情况下的抗火分析模型,利用试验验证后的模型对构件耐火极限的影响因素进行了分析,分析结果表明:荷载比是影响方中空夹层钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为荷载比越大,耐火极限越小。基于参数分析结果,回归了相对两面受火方式下的构件耐火极限简化计算公式,为以后对此类构件耐火极限的研究提供参考。     

高强与高性能混凝土的收缩与开裂

高强与高性能混凝土胶结料用量较多,砂率较大,粗骨料用量相对较少,因此若处理不妥易出现混凝土早期开裂现象.通过圆环法试验,研究分析高强与高性能混凝土易于开裂的原因及主要影响因素,对商品泵送混凝土配合比的优化提出了建议.同时采用不同的混凝土收缩变形公式进行计算并将计算值与试验值进行了对比,探讨了适合于高强与高性能混凝土收缩变形的实用计算公式.     

方中空夹层钢管混凝土受力性能研究

以空心率、名义含钢率、长细比、内钢管径厚比为主要参数,利用有限元软件ANSYS对方中空夹层钢管混凝土柱在轴力和水平荷载作用下进行了非线性有限元计算,以考察不同影响因素对方中空夹层钢管混凝土柱实际受力性能的影响。试验表明：与普通方钢管混凝土柱相比,方中空夹层钢管混凝土柱承载力有了明显的提高,刚度也有所提高。名义含钢率和长细比是方中空夹层钢管混凝土柱设计的主要影响因素,实际工程中要严格控制这两个参数。方中空夹层钢管混凝土柱达到极限荷载后,仍表现出良好的延性和后期变形能力,其受力性能明显优于方钢管混凝土柱,是一种优良的结构形式,它能够满足人们对现代结构安全性和适用性的要求。     

钢筋混凝土柱温度场试验研究

研究钢筋混凝土柱在升温、降温加热曲线作用下的截面温度场分布。完成了1根边长700mm方形钢筋混凝土柱的四面受火温度场试验,加热曲线升温段为ISO-834标准升温曲线,降温段为随炉冷却降温曲线。试验过程中测得了柱截面内不同位置的温度变化。建立有限元模型对试验结果进行了模拟分析。结果表明:方形柱截面内不同位置的升温速率、降温速率受其距受火面距离影响较大;截面内距离受火面越远的位置,升温滞后现象越明显;在ISO-834标准升温和随炉降温加热曲线作用下,当方形柱的截面边长大于等于700mm时,柱截面内的温度分布可反映大截面尺寸钢筋混凝土柱在火灾升、降温阶段的温度分布变化。     

Numerical investigation into dynamic responses of RC columns subjected for fire and blast

Structures may be exposed to fire and blast due to accidents (i.e. explosion of flammable gas in industrial structures) or terrorist attacks during the service life. Performances of RC structures subjected to extreme conditions of fire and blast, thus, have drawn much attention from academia. In this paper, the coupling effect of high temperature and high strain rate in concrete was firstly studied based on the experimental data to improve the damage plasticity concrete model in ABAQUS. Secondly, the transient heat transfer effects in different fire scenarios and following fire resistances of RC columns with constant axial forces were numerically investigated on the basis of the improved concrete model, which are validated by the corresponding test data, and the residual axial loading capacity of RC columns was quantitatively calculated. By incorporating the different merits of implicit algorithm applied to heat transfer analyses and explicit algorithm usually used in blast analyses, a numerical approach to analyze the responses of RC columns subjected to the coupling loadings of fire and blast was finally developed. Mid-span displacements and damage of the RC columns subjected to fire and explosions were quantitatively calculated and discussed. The proposed approach was demonstrated to be effective in predicting the responses of RC structures subjected to coupling loadings of fire and blast.     

钢筋混凝土矩形梁在实际火灾下正截面承载力数值计算

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度-时间曲线为火作用,以建筑结构耐火理论为基础,采用数值计算方法研究钢筋混凝土矩形梁的正截面承载力.研究结果表明:梁的承载力随火灾房间温度升高而变小,在温度达到最大值后承载力达到最小值.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,火作用越大,梁的最小承载力越小;反之相反.相同条件下梁支座截面的承载力要大于跨中截面.     

森林可燃物可持续管理技术理论与研究

实现森林可燃物可持续管理是减少和控制森林火灾的基础。本文介绍了基于可物管理的防火林带和计划火烧的预防和控制森林火灾方法。     

钢筋混凝土矩形梁的当量耐火时间

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度一时间曲线为火作用,以热传导和建筑结构耐火理论为基础,以梁在实际和标准火灾下的承载力相等为等效准则,用数值计算方法研究梁的当量耐火时间,并用最小二乘法导出其计算公式.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,梁的当量耐火时间越长;反之越短.所给梁的当量耐火时间可用于建筑结构性能化耐火设计与评估:当火灾荷载密度较大,开口因子较小时加大梁的截面参数以获得安全性,反之,减小截面参数以获得经济性.     

钢筋混凝土在火灾中的破坏机制分析

钢筋混凝土楼板由于材料退化和热膨胀的作用,在火灾条中的破坏机制与常温下有很大的区别,体现在应力分布、变形程度、局部破坏、极限承载力等方面.从数值分析的角度分析了钢筋混凝土楼板在火灾中的破坏机制,对爆裂防护位置提出了建议,并指出了过火结构健康检测时应注意的问题.     

火灾下钢筋混凝土梁热力学性能数值模拟分析

为了研究火灾下钢筋混凝土(RC)简支梁的热力学性能,建立火灾高温下RC梁的数值分析模型,与火灾试验对比验证模型的有效性;分别对4根完全相同的RC梁进行不同受火试验,研究受火时间、混凝土高温爆裂及钢筋-混凝土黏结高温退化对RC梁截面温度场分布、钢筋应力与滑移量分布、残余抗弯承载力的影响规律。研究结果表明：截面温度梯度随受火时间增长而扩大,底部角筋比其他纵筋升温均快;混凝土爆裂对直接受火面10 mm厚度范围内温度影响较为显著,角筋升温速率随受火时间增长而增大;底部纵筋应力随受火时间增长而下降,中筋的应力高于角筋;钢混界面滑移量随受火时间增长而增大,底部中筋的滑移量小于角筋;残余抗弯承载力随受火时间增长而线性减小;爆裂深度对残余抗弯承载力的影响程度要高于爆裂面积,跨中1/5跨长位置爆裂对残余抗弯承载力影响最大。     

树冠火蔓延模型和数值分析

本文计及森林多孔性燃烧床含水量和有机物含量，以及渗流气体的受热膨胀和质量源，建立了树冠火蔓延的一维物理模型，给出火蔓延的控制方程组和定解条件。通过数值分析，得到树冠火蔓延速度特性曲线，研究水份蒸发和有机物热解对树冠火蔓延速度的影响。     

广西苍梧马尾松林和大叶栎林的火行为比较

马尾松(Pinus massoniana)是中国南方大面积造林的树种,也是抗火能力最弱的树种。研究了广西苍梧11龄马尾松用材林和4龄大叶栎萌芽林在正常冬季和干旱夏季情景下的火行为,用behaveplus计算了火线强度、蔓延速度、树冠火可能性等参数。结果表明,两种林分在干旱夏季的火行为高于在正常冬季的火行为。无论是在正常冬季还是在干旱夏季,都没有出现马尾松可燃物模型的火行为一致高于大叶栎可燃物模型的情况;天气、地形、可燃物床结构对可燃物含水率有很大影响,而含水率是火行为的决定因素。虽然大叶栎被划分为难燃树种,大叶栎萌芽林的火行为高于成年大叶栎乔木林,苍梧大叶栎萌芽林在极端干旱的夏季情景有被火把点燃的可能性。如果将大叶栎萌芽林作为防火林带使用,需要经常清除林下枯枝落叶,割除黑莎草,减少细小可燃物。