火灾下钢筋混凝土受压构件高温性能研究综述

李秋明　马颖慧　于俊鹏

（华北理工大学 建筑工程学院，河北　唐山　063009）

火灾下钢筋混凝土受压构件高温性能研究综述

李秋明马颖慧于俊鹏

（华北理工大学 建筑工程学院，河北唐山063009）

对钢筋混凝土受压构件的研究现状作了总结，重点提出了高温爆裂这一关键因素对钢筋混凝土高温性能的影响。今后的抗火性研究工作中，应着重考虑高温爆裂对构件的破坏，开展火灾下爆裂对钢筋混凝土柱抗火性能影响的研究非常必要。

火灾；钢筋混凝土；受压构件；高温性能

钢筋混凝土柱是结构最主要的承受竖向荷载的构件，属于受火条件下钢筋混凝土柱受到的破坏极大，在火灾时它的抵抗高温的性能对建筑物的安全很重要。尽管有很多科研成果关于研究混凝土的抗火性能。可是每个国家之间的室温下力学性能和混凝土材料的成分有所差异，同时，有很多的因素会对高温下混凝土的各种性质产生影响，在此基础上，由于做实验的条件和方法有很大的不同，这就导致我们会得到离散性很大的结果。

1　高温爆裂

国外学者Ali F［1］做数值模拟和耐火试验的数据来源于30根高强度混凝土柱，研究的内容是关于影响爆裂和耐火性能是受升温速率和荷载比的影响，得出结论：随着温度的升高，受拉力情况下的混凝土会出现爆裂；荷载比的增大同样使混凝土更容易发生爆裂。

国内学者吴波［2］通过对8根装饰有不同饰面材料的高强混凝土柱式构件进行ISO 834标准升温条件下的明火试验，考察了饰面材料对构件表面混凝土爆裂的影响，分析了不同饰面材料高强混凝土构件的内部温度场，并与试验结果进行了对比。得出结论：引入饰面材料能对混凝土表面爆裂的开始时间产生影响，但使爆裂程度加深了。比如在升温两小时内30mm厚的双层防火板能较好的对混凝土表面的爆裂产生抑制作用。

近几年来国内和国外的研究人员研究了混凝土受力的计算使其在高温的作用下考虑不同的爆裂方式。由此能得出结果，有四面受火时混凝土方形柱的耐火极限实用公式和用简单的方法计算钢筋混凝土构件三面高温时受弯极限承载力等承载力计算公式，但是仅仅是个别试验结果推导的公式，没有形成完整的考虑高温爆裂效应的承载力计算理论，对高温爆裂产生因素和作用效果未达成一致。所以在今后的研究过程中，高温爆裂的研究需要更多的试验和分析加以完善。

2　轴心受压柱四面受火和三面受火压弯构件

苏南［3］使用ASTME119标准火焰中，对31根轴心荷载和6根偏心荷载钢筋混凝土柱进行抗火测试，结果表明影响的因素有骨料种类、端点约束、配筋率、截面尺寸、相对湿度和强度，轴心荷载可以抵抗3小时以上的火，而且硅质骨料用碳酸岩骨料代替的混凝土或仅仅增加一边的截面大小，能使混凝土柱的抗火性能在轴心荷载的作用下大大提高；混凝土柱在轴心荷载的作用下的抗火性能比在偏心荷载作用下强。但是偏心受压柱也能抵抗3小时火灾。同时说明了混凝土轴心受压柱破坏因为在柱每一面均匀受火的情况下混凝土被压碎。混凝土柱在偏心受压作用时的破坏因为挠度太大，影响轴压柱抗火的是骨料的种类，偏压柱受端点约束影响更大。

时旭东［4］对12根三面受火的钢筋混凝土轴心受压柱在不同温度（20-950℃下）的试验做了分析，高温作用下构件内部出现不均匀温度场，从而使得强度在截面上分布不是均匀的，因此构件几何中心与强度中心没在一起，所以该构件是偏心受压的，在几何中心加载的情况下。在室温的情况下在几何中心加载的柱也是偏压的，最后出现的破坏形态是小偏心与常温不同。其变形在侧面比较大，固定温度下施加荷载时的柱和固定荷载逐渐升温时的柱的抗火能力不同，其中前者的抗火性能较弱。

3　异形柱抗火

由于异形柱的应用越来越广泛，国内的学者对异形柱的做了很多研究，提出异形柱耐火极限的简单计算方法是在对异形柱的耐火性进行系统的计算分析和试验的基础上。吴波［5］对11根钢筋混凝土异形柱和1根钢筋混凝土方形柱在ISO 834标准升温过程下的明火试验，分析了轴压比和受火方式对高温下不同截面形状的钢筋混凝土柱的破坏形态、轴向变形、以及耐火极限等的影响，试验结果表明钢筋混凝土异形柱的耐火性能明显低于方形柱；轴压比对异形柱的耐火极限影响较大。

4　高温爆裂研究成为重点

大量的抗火试验研究表明，火灾作用下高强混凝土构件的表面爆裂深度常常可涵盖整个钢筋保护层。到目前为止没有精确的定量关系来描述各种因素与爆裂深度和起爆时刻的关系。火灾下混凝土发生爆裂之后，钢筋直接受火导致其快速软化屈服，并且构件的有效截面减小，均将导致构件或结构的提前破坏，甚至引起结构倒塌。因此火灾下混凝土的爆裂对构件的破坏有着重要影响，开展火灾下爆裂对钢筋混凝土柱抗火性能影响的研究非常必要。

［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］吴波，李杰，黄玉龙，等.不同饰面材料高强混凝土柱的耐火性能［J］.华南理工大学学报（自然科学版），2009，37（3）：120-126.

［3］苏南，林铜柱，Lie T T.钢筋混凝土柱的抗火性能［J］.土木工程学报，1992，25（6）：25-36.

［4］时旭东，李华东，过镇海.三面受火钢筋混凝土轴心受压柱的受力性能试验研究［J］.建筑结构学报，1997，18（4）：13-22.

［5］吴波，徐玉野.高温下钢筋混凝土异形柱的试验研究［J］.建筑结构学报，2007，28（5）：24-31.

TU375；TU352.5

A

1003-5168（2015）-12-0090-1