钢筋混凝土梁火灾（高温）后抗剪研究综述

钢筋混凝土梁火灾（高温）后抗剪研究综述

韩旭王兴国

华北理工大学建筑工程学院河北唐山063009

摘要：在阅读大量文献的基础上，介绍我国学者对研钢筋混凝土火灾后抗剪性能研究成果进行综合论述，重点从剪跨比、截面尺寸、受火位置、不同温度、混凝土强度、预应力钢带间距、预应力钢带层数等参数研究钢筋混凝土梁火灾后抗剪承载力的影响。通过数值模拟结合试验提出合理的钢筋混凝土梁火灾后抗剪承载力计算方法。

关键词：钢筋混凝土梁；火灾后；抗剪性能；数值模拟

0引言

随着科技与网络的发展，大部分建筑物发生火灾后会被很快的扑灭不会发生坍塌等严重后果，因而主要问题是如何鉴定建筑物的梁、板、柱受到的损伤，混凝土梁属于房屋上部构件，所以受损最为严重。钢筋混凝土梁是建筑结构中最重要的承重构件之一，因此，对钢筋混凝土梁火灾（高温）后性能研究尤为重要。

1钢筋混凝土的高温力学性能

钢筋的强度和变形性能随着温度的升高逐渐下降，按照下降幅度从小到大的次序排列，极限抗拉强度、屈服强度和弹性模量，当钢筋达到800℃时，强度和变形性能只达到常温的10%左右[1]。

混凝土的高温性能由材料的矿物化学成分、配合比和含水率的因素影响，随着温度的升高，混凝土先由水分蒸发引起抗压强度下降；水分完全蒸发掉时抗压强度小幅度提高，达到一定温度，混凝土强度急剧下降，体积膨胀促进裂缝发展，温度一直升高混凝土几乎破碎强度为0[1]。

2钢筋混凝土梁火灾（高温）后抗剪研究概况

廖杰洪、陆洲导等[2]对8根试验梁进行火灾后混凝土梁抗剪承载力试验与有限元分析，其中1根作常温梁、7根试验梁采用ISO834标准升降温进行2h的火灾试验，待冷却后进行静载试验。试验测量火灾下钢筋混凝土梁内部温度和火灾后抗剪承载力、跨中挠度、钢筋应变，来研究剪跨比、截面尺寸、受火位置对钢筋混凝土梁火灾后抗剪承载力的影响。结果表明：火灾（高温）后钢筋混凝土梁内部出现微裂缝，使梁的抗剪承载力和刚度减小、极限位移增大；不同剪跨比对于钢筋混凝土梁刚度下降幅度按照从小到大的次序排列：剪跨比为1.0、2.0、3.0、3.5，由于抗剪机制存在差异，剪跨比为1时其刚度比其他3种剪跨比相差很大；火灾（高温）作用后抗剪承载力与截面有效高度成正比关系；当试验梁受压区温度远远高于受拉区温度时，本应发生抗剪破坏现在发生抗弯破坏；利用数值模拟结合试验，提出火灾后混凝土梁抗剪承载力计算方法，为今后加固提供依据。

王汉迎等[3]采用12根混凝土T形梁，其中1根混凝土T形梁未受火，另外11根是预应力加固混凝土T形梁按照国际标准ISO834升降温曲线进行火灾后试验，通过测量火灾下试验梁内部温度和火灾后跨中位移、钢带应变，抗剪承载力来研究预应力钢带间距、预应力钢带层数、受火时间对预应力钢带加固受火后钢筋混凝土T型梁的抗剪性能的影响。结果表明：钢带约束住混凝土提高混凝土强度增加了试验梁的抗剪承载力，使不同预应力钢带间距和预应力钢带层数的火灾后加固试件抗剪性比未加固试件抗剪性提高26%~50%；在一定的范围内，不同的预应力钢带间距和预应力钢带层数改变了试件的破坏形态，提高了试验梁的刚度。

陈宗平等[4]设计17根试验梁为了研究高温后钢筋再生混凝土梁受剪性能，在不同温度、再生粗骨料取代率和混凝土强度的参数下，试验通过测量试验梁温度、火灾后受剪承载力、混凝土和钢筋应变、跨中挠度，观测试验现象及破坏形态，得到承载力、刚度、延性系数来分析各种参数对高温后钢筋再生混凝土梁受剪性能的影响，并得出抗剪承载力计算方法。研究结果表明：随着温度的升高，水蒸气蒸发量增大，温度为400℃、600℃后试件的质量烧失率比温度为200℃后试件明显增大；高温后钢筋再生混凝土梁破坏形态属于剪压破坏，高温后受剪承载力和延性降低，粗骨料取代率在一定范围内使刚度小幅上升，超过这个范围刚度下降；根据材料的热工性能采用折减法结合试验结果提出高温后钢筋再生混凝土梁的斜截面承载力计算方法。

火灾试验周期性长、花费巨大、不存在可重复性，试验结果存在离散型，数值模拟具有可重复性的有点，可以在短时间内模拟大量试验参数。王国辉、项凯等[5]通过以混凝土采用实体单元、钢筋采用线性单元的数值模拟方法研究火灾后钢筋混凝土梁抗剪承载力。采用三面受火按照ISO-834标准升降温曲线的受火方式进行数值模拟，通过结合火灾作用后混凝土和钢筋的材料损伤模型模拟得到不同受火时间、剪跨比、混凝土强度、箍筋直径、箍筋间距下荷载-挠度曲线，来分析钢筋混凝土梁火灾后抗剪性能和刚度的影响程度。模拟结果表明：1）受火时间越长对混凝土和钢筋损伤越严重，增大试验梁剪跨比使得受剪区增大梁的变形量增大，混凝土的强度严重影响试验梁的3种剪切破坏形态，通过荷载-挠度曲线可以分析出，受火时间的增加、剪跨比的增大和混凝土强度的下降，在加载的初始阶段刚度的下降非常明显，钢筋混凝土梁抗剪性能逐渐降低；2）箍筋直径和箍筋间距的变化没有改变混凝土的受力机理，在没有出现裂缝之前，各种箍筋直径和各种箍筋间距的荷载-挠度曲线几乎一致，随着箍筋直径变小和间距变大，试验梁抗剪承载力下降，但刚度影响较小。

3火灾后抗剪试验建议

在进行钢筋混凝土梁火灾后抗剪试验时应注意以下问题：

1）在进行火灾试验时应在试验梁上加载使用荷载，试验梁更加接近实际火灾中的受力梁，使火灾后的试验数据更加真实；尽量测量火灾下试验梁的挠度，有助于火灾后试验数据的分析。

2）由于普通应变片很难在高温中发挥作用，所以火灾试验很少在钢筋上贴应变片。但可以在火灾后钢筋上贴应变片，这样能更好的了解钢筋混凝土梁火灾后受剪机理。

3）钢筋混凝土梁火灾后抗剪试验应分析出哪种试验参数对抗剪性能影响更大，对以后有针对性提高钢筋混凝土梁火灾后抗剪性能提供依据。

4结语

经过近些年专家学者对钢筋混凝土梁抗剪进行了深入研究，这对火灾后加固提供了可靠依据，更大程度减少了人们的损失。在实际工程中对于钢筋混凝土梁火灾后抗剪依然存在很多问题需要继续深入研究。

参考文献

[1]过镇海，钢筋混凝土原理．北京：清华大学出版社，1999

[2]廖杰洪，陆洲导，苏磊.火灾后混凝土梁抗剪承载力试验与有限元分析[J].同济大学学报（自然科学版），2013，41（06）：806-812.

[3]王汉迎，杨勇，王艾迪，刘义.预应力钢带加固火灾后钢筋混凝土T型梁抗剪性能研究[J].工业建筑，2015，45（03）：22-28+58.

[4]陈宗平，周山崴，梁厚燃.高温后钢筋再生混凝土梁受剪性能及斜截面承载力计算[J].自然灾害学报，2018，27（05）：138-150.

[5]王国辉，项凯，李慧，毛星.火灾后钢筋混凝土梁抗剪承载力[J].消防科学与技术，2012，31（06）：558-561.