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当钢筋混凝土结构抗火设计述评

发布时间:2021-09-10 14:18:41 阅读: 来源:玻璃棉板厂家

钢筋混凝土结构抗火设计述评

0 引 言 火灾给人类的生命财产带来了极大的损失,特别是近年来,由于建筑物高层化、大规模化及 用途的复合化,火灾发生的因素也随之增加,火灾规模也日趋扩大。建筑防火作为建筑防灾 的一个分支,越来越引起人们的重视。在各种建筑结构中,钢筋混凝土结构有相当大的比重 。同木结构、钢结构相比,钢筋混凝土结构聚苯板试板或水泥沙浆试板尺寸: 70x70x20mm 5件的耐火性能比较好,一份FIP结构抗火的报告表 明,钢筋混凝土结构在火灾作用下,由于结构倒塌而导致死亡的事例是极少的 。但客观地讲,在火灾作用下,钢筋和混凝土由于物理和化学变化而使材料的力学性能有相 当 大的降低,使结构构件显示2012年了相当大程度的破坏。从整个结构来讲,在火灾作用下,结构的 变形、内力分布和承载力等均与在常温作用下有很大不同,且与火灾范围、温度、持续时间 及升降温历程等许多因素,都有很大关系。因此,结构承载力降低、结构失效以致于倒塌的 危险依然存在,对钢筋混凝土结构抗火性能研究成为必需,以便于制订相应的抗火设计标准 。

50年代,前苏联首先颁布了耐热钢筋混凝土的设计暂行指示(у-/MCПМ×П) ,之后,美国 消防协会(1962)、FIP/CEB(1979)、瑞典(1983)、法国(1984)相继颁布了钢筋混凝土抗火的 设计标准。

70年代,我国冶金工业部建筑研究总院等单位编制了《冶金工业厂房钢筋混凝土结构抗热设计 规程》,该规程给出了60~200℃范围内的设计计算方法、设计措施、材料指标及有关规定 ,这是我国第一部有关钢筋混凝土结构抗火设计规程。80年代中期开始,为了制订科学合理 的建筑结构抗火设计规范,清华大学、同济大学、西南交通大学等单位对钢筋混凝土结构的 高 温材料模型、构件和结构在高温下的反应以及灾后评估修复等问题进行了研究,并取得了较 为丰富的成果。1 钢筋混凝土高温特性 1.1 混凝土高温特性

混凝土是由粗细集料和硅酸二钙凝胶体组成。高温下,混凝土将产生热分解,从而改变了混 凝土的力学和热学性能。当混凝土受热后达100℃时,混凝土中的游离水开始排除,到200℃ 时,其化学结合水开始排除,在350℃时,发生硅酸钙和铝酸钙脱水,在570℃时,发生氢氧 化 钙脱水,开始分解,导致水泥石结构的破坏,使混凝土的强度显著降低。

混凝土弹性模量随温度升高而降低,当温度达到500℃,弹性模量就降低到原来的50%,当温 度达到700℃时,弹性模量只有原来的25%左右。试验研究表明,骨料种类和混凝土强度对高 温下混凝土弹性模量影响较小,金旸WE WORK仅仅用了不到1年时间但骨料粒径影响较大。当碎石的粒径从10mm增大到20~40mm 时,混凝土弹性模量要降低30%~40%。

高温下混凝土抗压强度和弹性模量降低情况见图1。 1.2 钢筋高温特性

钢筋混凝土结构在火灾温度下,其强度的计算主要同钢筋高温性能有关,它直接影响着建 筑 结构在火灾下的反应以及对火灾后的评定和处理方案。钢筋混凝土一般用普通低碳钢筋,随 着温度升高,屈服台阶逐渐减小,到300℃时,屈服台阶消失,其屈服强度可按0.2%的残余 变形确定。钢筋在400℃以下时,其强度还比常温时略高,但塑性降低。这是由于钢材在200 ~350℃时蓝脆现象使其强度增加。超过400℃时,强度随温度升高而降低,塑性增加。到70 0℃时,钢筋强度要降低80%以上。

钢筋弹性模量随着温度的升高而降低。从不同种类钢材和不同级别强度的钢筋所做的高温弹 性模量试验结果来看,高温下钢筋弹性模量的降低只同温度有关,而同钢材种类和强度级别 没有多大关系。普通低碳钢筋的弹性模量到480℃时同温度成线性关系降低,大于480℃时, 降低速率增加。

高温下钢筋设计强度和弹性模量降低情况见图2。 图1 高温下混凝土力学性能指标降低情况 图2 高温下钢筋力学性能指标降低情况

1.3 钢筋和混凝土高温粘结性能

钢筋与混凝土之间的粘结力主要由混凝土硬化收缩时将钢筋握裹而产生的摩擦力、钢筋表面 与水泥胶体的胶结力、混凝土与钢筋接触表面上凹凸不平的机械咬合力所组成。这是它们二 者共同工作的前提,如果构件中钢筋的锚固粘结不足,将会出现较大的滑动,导致构件提前 破坏,降低构件抗弯和抗剪强度。

即使是最坚定的塑料支持者也不能不承认

在加热条件下,由于混凝土膨胀系数小,则混凝土环向挤压钢筋,从而使钢筋与混凝土之间 的粘结力增大。但加热条件下混凝土抗拉强度随着温度升高而显著降低,这样也就降低

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