钢筋混凝土柱在不同受火方式下的耐火综述

马颖慧　刘少杰　孙恩辉 /华北理工大学

钢筋混凝土柱在不同受火方式下的耐火综述

马颖慧刘少杰孙恩辉 /华北理工大学

本文阅读了大量的关于钢筋混凝土柱的抗火试验，因此对这些成果进行了综述。首先，分析了在不同条件下钢筋混凝土柱的耐火性能，例如在高温作用时和作用后的受力性能。其次，分析了大量试验数据，确定了影响钢筋混凝土抗火性能的影响因素，例如：（1） 温度和受火时间；（2） 受火方式；（3） 截面尺寸；（4） 混凝土强度、骨料种类；（5） 轴压比和荷载偏心距；（6）纵向配筋；（7）混凝土保护层的厚度、长细比、箍筋、柱端约束等。其后，介绍了用软件计算钢筋混凝土的抗火性能的方法，希望在以后的钢筋混凝土结构抗火试验中提供有意义的参考。

钢筋混凝土；不同受火方式；试验研究；软件实现

前言

在钢筋混凝土建筑中，钢筋混凝土柱的抗火性能对结构的安全性影响很大。因为钢筋混凝土柱是重要的承重构件，它的破坏可能导致建筑物局部或整体的破坏，而且结构破坏后很难修复。所以对钢筋混凝土柱在不同受火方式下的抗火研究非常重要。

一、试验研究

吴波［1］，对5根足尺的高强混凝土柱和2根普通的混凝土柱在不同受火方式下的破坏形态，耐火极限和轴向变形的分析，得出结论：（1） 四面受火柱的耐火极限最低，其次是三面受火，两面受火柱的耐火极限明显强于那两种；（2）相同轴压比的普通混凝土柱和高强混凝土柱在相同受火方式的情况下，前者的耐火极限远远高于后者；（ 3） 混凝土柱在相同受火方式的情况下，在一定范围内轴压比越大耐火极限越小。在实际工程中，应充分考虑钢筋混凝土柱的受火方式、强度等级和轴压比。

吕学涛［2］，方形钢管钢筋混凝土柱在单面、对面、三面和四面受火的情况下，对其截面的温度场和分布规律进行分析。研究其侧向变形和时间关系曲线。得到钢管钢筋混凝土柱在不同受火条件下的抗火性能的规律。分析结果为，钢管钢筋混凝土柱因截面材料相同、温度应变和应力对称，其在对面和四面受火的情况下，其截面温度场双轴对称，与柱在常温下的受力原理类似；钢管钢筋混凝土柱在单面和三面受火的情况下，其截面温度场关于一个对称轴对称，从而使柱受力方式与常温时受力不同，在受火时，柱先向受火的方向弯曲再向背火测弯曲。受火面积比非均匀的温度变形和材料强度偏心对柱的抗火性能影响巨大。在一般情况下，方钢管混凝土柱的耐火极限在单面、对面、三面、四面受火时一次减小。但是在有些情况下，（ 如长细比 λ ＜ 30） ，钢管混凝土柱在三面受火时的耐火极限小于四面受火。对钢管混凝土柱的抗火设计时应多加注意。

李俊华［3］，对型钢混凝土柱的截面温度场在不同受火条件下进行分析，做14组单面、对面、邻面、三面、四面抗火性能试验。并且对不同受火方式、荷载偏心率、火荷载比约束刚度等进行分析，确定对型钢混凝土柱抗火性能的影响。结果表明： 型钢混凝土柱的温度应力场受受火位置和面数的影响，相同的升温时间，随着柱受火面数的增加截面相同位置经历的最高温度依次增加；在试件同距离受火时，腹板外侧温度比翼缘略低。轴向的膨胀变形随着火灾和荷载比的减小而逐渐增加，荷载的比越大，试件越容易从拉伸状态变为压缩状态，并且压缩时间越快，程度越高。定义试验的真实轴力与初始施加轴力的比称为轴力变化系数，试件受火面依次递减时，试件升温降温后期的轴力变化系数依此递减，随荷载偏心率和轴向约束刚度比增大轴力变化系数的峰值增大，随火灾荷载比的增大轴力变化系数逐渐降低。

二、软件的数值模拟研究

唐贵和［4］，对2 根足尺的钢筋混凝土柱抗火试验分析， 分析了柱的破坏形态、轴向变形、和耐火极限在不同受火方式下的结果。编制了钢筋混凝土柱的耐火极限在不同受火方式下的计算程序，试验结果与计算程序结果一致。其结果为相邻两面受火、三面受火和四面受火的耐火极限依次降低。其结果在以后的抗火设计中有参考价值。

毛小勇［5］，在火灾发生时，建筑结构很可能处于三面受火的状态，其抗火性能与四面受火有很大差异。为了更深一步了解型钢三面受火的耐火性能，以试验研究为基础，运用ABAQUS软件建立非线性有限元模型。对型钢混凝土三面受火的破坏过程进行数值模拟，其结果与试验研究相吻合。利用该模型对三面受火的混凝土的荷载比和偏心率进行分析，得出结论：偏心受压的型钢混凝土柱三面受火时，偏心率较小时（小于0.2），偏心率越大耐火极限越小； 偏心率较大时（大于 0.2），偏心率越大耐火极限越大。当偏心率较小时，耐火极限受偏心率的影响较大。但是总体上来说，偏心率对耐火极限的影响不是太明显。荷载比对型钢混凝土柱偏心受压时的影响比较明显。

文献［6］对30根高强混凝土柱的耐火试验和数值模拟进行分析，分析了荷载比和升温速度对其耐火性能和爆裂的影响。结果表明：升温时混凝土的拉应力最高达到8.69MPa，已经能使混凝土柱产生爆裂，与此同时荷载比越大越容易爆裂。耐火极限降低65％仅需从0.2到0.6文献 高强混凝土柱的高温爆裂现象可以通过模拟热-质传递的有限元方法更好的模拟出来。

三、 研究热点与发展方向

近年来，火灾不仅仅能夺走人的生命，而且带来巨大的财产损失，所以越来越多的人关注火灾，尤其是建筑物的火灾。对混凝土的耐火性能进行研究，使其建筑物在火灾时仍能继续工作，从而提高建筑物的安全性。因此，国内和国外的许多专家和学者为了提高混凝土的抗火性能做了许多试验和理论分析。梁板柱是混凝土的基本组成部分，是混凝土的基本构件。因此，它们在火灾时和火灾后的耐火性研究是提高混凝土结构抗火性的基础。为了可以更好的研究这方面的知识，知道在火灾时这些构件的抗火性能是前提。本文以近年来众多学者的研究为基础，对基本构件的抗火性能进行了概述，希望能对以后的研究提供有价值的意义。

［1］吴波， 洪洲.钢筋混凝土简支梁的耐火极限［J］.华南理工大学学报：自然科学报， 2006， 34（7）：82-87.

［2］吕学涛，杨华，张素梅.非均匀火灾作用下方钢管混凝土柱受力机理研究［J］.建筑结构学报，2013，03.

［3］李俊华，钱钦，章子华，郑荣跃.非均匀受火下约束型钢混凝土柱力学性能研究［4］.土木工程 学报，2016，04

［5］唐贵和，黄金林.不同受火方式下钢筋混凝土柱耐火极限研究［J］.广东土木建筑学报，2006，12.

［6］毛小勇，高伟华，李丽丽，徐悦军.三面受火型钢混凝土柱耐火极限试验研究［J］， 自然灾害学 报，2010，12.

［7］AliF，NadiaiA，ChoiS.Numericalandexperimental investigation ofthebehaviorofhigh strength concrete columnsinfire［J］.EngineeringStructures， 2010， 32 （5）：1236-1243

［8］Chung J H， C onsolazio G R， M cvayM C.Fi niteelementstress analysis ofa reinforced high-strength concrete column in severe fires［J］.Computers&Structures， 2006， 84（21）： 1338-1352.