1、連續(xù)梁高溫抗火性能摘要:本文介紹了4根雙跨連續(xù)梁高溫試驗(yàn)，通過對(duì)不同的加溫水平的比較，得出了一些連續(xù)梁抗火性能的結(jié)論。關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土雙跨連續(xù)梁高溫抗火性能我國(guó)火災(zāi)發(fā)生頻繁，給人民造成巨大的損失，為了盡量挽回不必要的損失，有必要對(duì)火災(zāi)構(gòu)件的抗火性能進(jìn)行分析，以進(jìn)行適當(dāng)?shù)男迯?fù)連續(xù)梁在結(jié)構(gòu)工程中所占比例很大，而且屬于非靜定結(jié)構(gòu)，其受火結(jié)構(gòu)性能發(fā)生了很大的變化，為災(zāi)后進(jìn)行分析修復(fù)帶來一定困難，本文通過自行設(shè)計(jì)的焦炭燃燒試驗(yàn)爐和一套溫度、變形測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)連續(xù)梁在火災(zāi)高溫下的性能進(jìn)行有益的探索，得出了一些重要的結(jié)論。1連續(xù)梁火災(zāi)試驗(yàn)1.1試件及試驗(yàn)內(nèi)容混凝土采用425#普通硅酸鹽水泥，砂石采用中砂及自

2、然級(jí)配碎石按C25設(shè)計(jì),配合比C:W:S:G=1:0.50:1.61:2.99,試件分兩批澆筑滸護(hù)28天立方體抗壓強(qiáng)度平均值為23.7MPa。試件為4根雙跨連續(xù)梁(2100mnX120mM150mm),編號(hào)分別為L(zhǎng)-1至L-4。各試件兩跨凈空均為1000mm采用對(duì)稱配筋，梁底和梁頂都分別使用210的熱軋圓鋼，箍筋為4勺經(jīng)過回火的冷拔鋼絲，間距為100mm,鋼筋的力學(xué)性能見表1。梁底1.2驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介本文采用自制焦炭燃燒試驗(yàn)爐”對(duì)建筑火災(zāi)進(jìn)行有效模擬，通過調(diào)節(jié)焦炭的多少及進(jìn)風(fēng)量來控制爐膛峰值溫度和升溫速度。該設(shè)備所控制的升溫曲線與ISO升溫曲線大體接近。為維持荷載不變，采用在加載梁上堆放水泥板的辦

3、法進(jìn)行加載。梁體兩端及跨中分別安置百分表以測(cè)得支座位移及跨中撓度值，為避免高溫影響，百分表均引至常溫區(qū)安裝。爐膛溫度由兩熱探頭分別測(cè)得。雙跨梁兩跨中附近均預(yù)埋三個(gè)熱電偶,分別測(cè)梁受火面溫度、梁受拉鋼筋溫度及梁背火面溫度，引接至常溫區(qū)由溫度記錄儀測(cè)得。試驗(yàn)爐中支座固定，兩邊支座活動(dòng)并設(shè)有一個(gè)傳感儀測(cè)邊支座反力。1.3模擬火災(zāi)試驗(yàn)在試驗(yàn)的升溫過程中，各試件均有一個(gè)共同的現(xiàn)象，即試件不受火一側(cè)表面的滲水現(xiàn)象。開始升溫10min后,梁的外表面就開始滲水,20min時(shí)候,滲水量增大,滲出的水來不及蒸發(fā)而沿梁表面流淌，梁頂蒸發(fā)出大量水汽，25min左右,背火面的大部分面積已被滲水所覆蓋。25min以后，滲

4、水現(xiàn)象開始減少，到35min左右，已基本觀察不到有滲水現(xiàn)象了，水分逐漸蒸發(fā)，最后構(gòu)件表面重新干燥。曝火表面則觀察不到明顯滲水情況。根據(jù)試件背火表面溫度測(cè)點(diǎn)的記錄發(fā)現(xiàn)：各測(cè)點(diǎn)溫度在開始升溫后的5min10min內(nèi)基本維持不變，10min后逐漸上升，大部分測(cè)點(diǎn)溫度在15min25min后達(dá)到100C左右并在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)基本維持不變，之后溫度繼續(xù)上升，至試驗(yàn)結(jié)束溫度一般在450C左右。據(jù)此可以認(rèn)為，試件內(nèi)部水的析出影響試件背火面的溫度。1.4溫度對(duì)梁抗火性能的影響混凝土導(dǎo)熱性能較差，由于梁熱變形受到相互約束，致使截面內(nèi)部和構(gòu)件間產(chǎn)生應(yīng)力。同時(shí)，溫度升高引起混凝土和鋼材強(qiáng)度和彈性性能的改變，也改變

5、構(gòu)件截面的剛度。因此內(nèi)力重分布在整個(gè)升溫過程中始終存在。在不考慮梁剛體運(yùn)動(dòng)和熱變形造成梁伸長(zhǎng)的情況，梁的變形可以看成由二部分組成:(1)荷載引起的常溫下變形；(2)熱變形引起的變形增量；(3)梁剛度退化引起的變形增量。而對(duì)梁變形產(chǎn)生影響的剛度退化可分為：負(fù)彎矩、正彎矩抗彎剛度退化、梁抗剪剛度退化。梁常溫下變形可由計(jì)算得到，也可由試驗(yàn)升溫前實(shí)測(cè)獲得。熱變形引起的變形增量是由于溫度沿梁截面分布不均勻造成的。由于本試驗(yàn)過程中溫度分布的均勻性和結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，溫度引起的彎矩沿梁長(zhǎng)度方向分布也是均勻的。這樣，在不考慮荷載內(nèi)力疊加的情況下，熱變形引起的變形增量可看成等剛度梁的純彎變形。梁抗彎剛度退化較為復(fù)雜

6、，一部分與材料性能有關(guān)，如材料彈性模量減小及材料強(qiáng)度下降產(chǎn)生的鋼筋屈服、混凝土壓潰等；另一部分與梁內(nèi)力有關(guān)，是由于溫度內(nèi)力的增加造成材料非線性及在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的徐變等。剛度退化的極端狀態(tài)是出現(xiàn)塑性鉸，根據(jù)梁受力狀態(tài),可能在受正彎矩的跨中和負(fù)彎矩的中間支座位置出現(xiàn)塑性鉸。而在產(chǎn)生塑性鉸后，梁可以近似按等剛度考慮。常溫下。連續(xù)梁的內(nèi)力重分布主要發(fā)生在某截面達(dá)到屈服彎矩、形成塑性鉸以后。而恒載升溫情況下，開始升溫后由于截面上不均勻分布溫度產(chǎn)生的彎曲變形和截面剛度的減弱，在梁內(nèi)沒有出現(xiàn)塑性鉸以前內(nèi)力便發(fā)生較大內(nèi)力重分布。這種內(nèi)力重分布貫穿整個(gè)升溫過程。并且，梁內(nèi)截面形成的塑性鉸和常溫下的不同，它承受

7、的彎矩能力隨溫度的增加而不斷下降，是一種可變塑性鉸。因此恒載升溫下連續(xù)梁發(fā)生的內(nèi)力重分布要比常溫下復(fù)雜、劇烈得多。所有試件由于試驗(yàn)溫度的不同，兩跨連續(xù)梁的兩端支座反力在任何時(shí)刻均相等。事實(shí)上，荷載大小相等、位置對(duì)稱、跨度相同的兩跨連續(xù)梁，在升溫過程中無論各截面剛度如何變化，各支座的沉降是否相等,只要該截面能夠承受所必須的彎矩和剪力，那么兩端支座反力必相等，即使當(dāng)其中一端支座翹起形成靜定結(jié)構(gòu)任然成立。試件加溫過程中，荷載值P保持常數(shù)。隨著溫度的升高，所有試件端支座反力（或梁的跨中彎矩）都經(jīng)歷了這樣一個(gè)變化過程：升溫初期,梁上下表面溫差引起的膨脹使端支座反力快速減小，接下來，梁內(nèi)升溫達(dá)到一定程度使

8、上下表面溫差逐漸變小，這一過程使端支座反力略有回升,最后一直逐漸減小。中間支座反力（或中支座間截面彎矩）則經(jīng)歷了和端支座反力相反的變化過程，可見連續(xù)梁內(nèi)力發(fā)生劇烈重分布。由相關(guān)文獻(xiàn)1可將鋼筋混凝土連續(xù)梁在高溫下的內(nèi)力重分布分作三個(gè)階段：（1）混凝土膨脹內(nèi)力重分布階段。（2）相對(duì)平穩(wěn)內(nèi)力重分布階段。（3）塑性鉸內(nèi)力重分布階段。不同的火災(zāi)溫度對(duì)連續(xù)梁內(nèi)力重分布的劇烈程度影響不大，但對(duì)內(nèi)力重分布各階段的時(shí)間長(zhǎng)短產(chǎn)生較大影響。由圖1可以看出，試件L-2在試件破壞時(shí)端支座反力下降了30.8%試件L-3下降了31.8%,其內(nèi)力重分布的程度比較接近?；馂?zāi)溫度越高，由溫度引起的混凝土膨脹產(chǎn)生的彎曲變形能力加大

9、使截面剛度在溫度作用下降低加速。在其他試驗(yàn)條件相同的情況下丄一2內(nèi)力重分布的第一和第二階段為0100min,而L3這一階段的時(shí)間為080min。顯然，溫度越高，內(nèi)力重分布的第一和第二階段的時(shí)間明顯縮短。由圖2可以比較不同升溫對(duì)鋼筋混凝土連續(xù)梁抗火性能的影響。在100min時(shí)試件L2的表面溫度為651C，試件L3的表面溫度達(dá)714C;前的撓度值在前100min內(nèi)變化很小，為4.79mm而后者的撓度此時(shí)正處于急劇增長(zhǎng)階段，其值達(dá)到11.48mm,為前者的兩倍多；試件L2的破壞時(shí)間為140min,而試件L3的破壞時(shí)間僅為120min。比較試件L1和L4試件L1的試驗(yàn)峰值爐溫為855C，試件L4的峰值

10、爐溫為1001C;前者在前120min的撓度值僅為4.1mm而后者在120min時(shí)的撓度值已達(dá)8.5mm;就破壞時(shí)間而言，前者的極限耐火時(shí)間為180min,后者在溫度較前者高的情況下極限耐火時(shí)間比前者縮短了30min,為150min。2結(jié)語(yǔ)（1）在升溫初期，熱膨脹影響較大；恒溫段，由于構(gòu)件內(nèi)部的溫度較高，使得梁的剛度較低，從而發(fā)生塑性變形，并逐步成為梁變形的主要因素。（2）高溫作用下，改變了常溫連續(xù)梁塑性鉸出現(xiàn)的次序和位置，以及破壞機(jī)構(gòu)和極限承載力。高溫連續(xù)梁在跨中先出現(xiàn)塑性鉸，而且是一個(gè)可變塑性鉸。（3）不同的火災(zāi)溫度鋼筋混凝土連續(xù)梁的耐火能力不一樣?；馂?zāi)溫度越高，連續(xù)梁抗火性能越差。（4）高溫下鋼筋混凝