约束钢筋混凝土框架的耐火性能试验研究

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发布时间：2021-09-05

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约束钢筋混凝土框架的耐火性能试验研究
吴波，卢锦钟
(华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州510640)
摘要：开展了3榀单层双跨约束钢筋混凝土框架在ISO834标准升温过程下的明火试验，考察了框架的高温
反应及其破坏形态，分析了约束钢筋对框架耐火性能的影响。试验结果表明：(1)由于框架梁的高跨比较大，
框架在荷载和高温作用下的破坏形态主要表现为框架梁的剪切破坏，破坏区基本集中在加载点与柱顶之间的
斜向区域；(2)在框架梁破坏的最后时刻，由于其跨中挠度急速增大，梁内纵向钢筋将以类似悬链索的形式发
挥作用；(3)约束钢筋虽然在升温中、前期对左、右框架边柱顶端之问相对距离的增大效应具有一定抑制作用，
但对框架的耐火极限影响不大。
关键词：钢筋混凝土；框架；约束；耐火性能
中图分类号：TU352．5 文献标识码：A 文章编号：1672-7037(2009)01-0012-07
20世纪7O年代以来，国内外学者对混凝土
结构的耐火性能已开展了较多研究，特别是针对
梁、柱等单个构件的耐火问题已取得了不少研究
成果，然而在考虑结构中相邻构件相互约束对受
火构件的影响，以及整体结构的火灾行为等方面
却相对滞后。在约束构件方面，Ali等对带有轴向
约束的普通和高强混凝土柱进行了火灾试验，考
察了约束刚度比、轴压比和升温曲线不同对混凝
土柱耐火性能的影响⋯ ，吴波和徐玉野通过数值
模拟，分析了轴向约束和转动约束对混凝土异形
柱耐火性能的影响。在整体结构方面，国外学
者早期开展了少量探索性工作 J，近年来的研
究工作相对较少，而国内学者近期对此问题开展
了一些有意义的研究和探讨。1996年姚亚雄和
朱伯龙对五榀单层双跨混凝土框架进行了正常使
用荷载作用下，常温、600oC、800oC以及单跨和双
跨加热等条件下的模拟火灾试验；2000年过镇
海和时旭东对四榀单层单跨混凝土框架进行了高
温试验，研究了高温下具有不同初始荷载水平和
不同线刚度比的混凝土框架的变形和内力重分布
问题 6 ；2003年陆洲导等对五榀单层单跨无粘结
预应力混凝土框架分别进行了不同恒载、不同升
温曲线、不同预应力下的火灾试验【7 ；2004年肖
建庄等通过三榀相同尺寸和相同持荷情况下单层
单跨矿渣高性能混凝土框架的火灾试验，研究了
混凝土强度等级、聚丙烯纤维对高性能混凝土框
架火灾反应和抗火性能的影响』。由于受到试
验条件的限制，上述整体结构的试验研究均只局
限于单层混凝土框架，多层结构中上部未受火部
分对下部受火部分的影响问题，目前尚未见到相
关文献报道。
针对上述问题，本文开展了3榀单层双跨约
束混凝土框架在ISO834标准升温过程下的明火
试验，考察框架的高温反应及其破坏形态，分析了
约束钢筋(近似模拟结构上部未受火部分对下部
受火部分的约束作用)对框架耐火性能的影响。
1 试验概况
1．1 试件设计
共设计制作了3榀钢筋混凝土框架，试验模
型及配筋见图l，每榀框架中不同框架柱的截面
尺寸和配筋情况相同。在底层框架升温的中前
期，因框架梁受热膨胀和边柱三面受火诱发外倾，
使得边柱顶端不断外移，导致图中约束钢筋处于
受拉状态，该拉力将对梁一柱边节点产生侧向约束
和弯矩作用。这样，约束钢筋的设置可以在一定
程度上近似模拟结构上部未受火部分对下部受火
部分的约束影响。如图2所示，常温时在框架的
收稿日期：2008-02-28
作者简介：吴波(1968．)，男，四川人，研究员，博士，研究方向为结构抗灾，bowu@seut．edu，cn。
基金项目：国家自然科学基金(50738005，50478078)；国家科技支撑计划子课题(2006BAJ03A03—12)；教育部新世纪优秀人才支持
计划(NCET-04-0819)。
第1期吴波等：约束钢筋混凝土框架的耐火性能试验研究 ·l3·
梁一柱边节点处施加单位侧向力F，利用文献[9]
中编制的程序，可求得上层柱底处的剪力，以及
梁一柱边节点处的侧移，此时侧向约束刚度K =
1／／6。对于转动约束刚度，亦可类似求得。不
同试验模型对应的侧向约束刚度和转动约束
刚度，见表1。
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注：2-2剖面为框架I，3-3~1J面为框架2，3。
图1 试验模型及配筋／mm
图2 约束混凝土框架
表1 试验模型参数
框架／，c
MP
u
a
P
N
2 47．4 I．12 0．2 140．0 2 12 32134．9 1．52×10 。155
3 44．9 1．12 0．2 144．0 2查12 51945．9 1．76 x10 。153
试验模型中纵筋和箍筋分别采用HRB335螺
纹钢筋和HPB235光圆钢筋。纵筋实测屈服强度
369．8 MPa，极限强度551．9 MPa；箍筋实测屈服
强度388．2 MPa，极限强度494．9 MPa。混凝土采
用硅质骨料混凝土，试验当天的立方体抗压强度
见表1。试验采用恒载升温方式进行，在试验模
型左、右两跨的梁跨中处施加相同的竖向荷载P，
具体见图3和表1。表1中的荷载比定义为试验
施加荷载与框架极限荷载计算值的比值。耐火试
验在试件浇注后150～180 d之间进行。