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(duì)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(duì)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(duì)構(gòu)件的破壞，開(kāi)展火災(zāi)下爆裂對(duì)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(shí)它的抵抗高溫的性能對(duì)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?？墒敲總€(gè)國(guó)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(shí)，有很多的因素會(huì)對(duì)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(huì)得到離散性很大的結(jié)果。

1　高溫爆裂

國(guó)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(lái)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(guó)內(nèi)學(xué)者吳波［2］通過(guò)對(duì)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(duì)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(chǎng)，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。得出結(jié)論：引入飾面材料能對(duì)混凝土表面爆裂的開(kāi)始時(shí)間產(chǎn)生影響，但使爆裂程度加深了。比如在升溫兩小時(shí)內(nèi)30mm厚的雙層防火板能較好的對(duì)混凝土表面的爆裂產(chǎn)生抑制作用。

近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)和國(guó)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(shí)混凝土方形柱的耐火極限實(shí)用公式和用簡(jiǎn)單的方法計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件三面高溫時(shí)受彎極限承載力等承載力計(jì)算公式，但是僅僅是個(gè)別試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)的公式，沒(méi)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(duì)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(guò)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(duì)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(cè)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(duì)濕度和強(qiáng)度，軸心荷載可以抵抗3小時(shí)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(shí)火災(zāi)。同時(shí)說(shuō)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?；炷林谄氖軌鹤饔脮r(shí)的破壞因?yàn)閾隙忍?，影響軸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(shí)旭東［4］對(duì)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(chǎng)，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(méi)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(shí)的柱和固定荷載逐漸升溫時(shí)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(lái)越廣泛，國(guó)內(nèi)的學(xué)者對(duì)異形柱的做了很多研究，提出異形柱耐火極限的簡(jiǎn)單計(jì)算方法是在對(duì)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(duì)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(guò)程下的明火試驗(yàn)，分析了軸壓比和受火方式對(duì)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(duì)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?？珊w整個(gè)鋼筋保護(hù)層。到目前為止沒(méi)有精確的定量關(guān)系來(lái)描述各種因素與爆裂深度和起爆時(shí)刻的關(guān)系?；馂?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(duì)構(gòu)件的破壞有著重要影響，開(kāi)展火災(zāi)下爆裂對(duì)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(shí)旭東，李華東，過(guò)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