2002吴波_高温下高强混凝土的爆裂规律与柱截面温度场计算
高温下高强度混凝土的爆裂规律与柱截面温度场计算

高 温 下 高 强 混凝 土 的爆 裂 规 律 与 柱 截 面 温 度场 计 算
吴 波 ,袁 杰 李 惠 , 文松 , 周
(. 1华南理工大学建筑学 院土木工程系, 广东 广 州 5 60 2哈尔滨工业太学土木工 程学院 . 1 4; 0 黑龙 江 哈 尔滨 109 ) 500
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考虑爆裂的高强混凝土柱耐火性能研究

J u n . 2 0 1 3
考虑爆裂 的高强混凝土柱耐火性能研究
郜秋鹏 , 毛 小勇 , 行 盼 娟
( 苏 州 科 技 学 院 土木 工 程学 院 , 江苏 苏州 2 1 5 0 1 1 )
摘
要: 高强混凝土 ( HS C ) 柱在高温下会产生爆裂 , 缩 短 柱 子 的耐 火 极 限 , 研 究 发 现 爆 裂 的 随 机 性 也 使 得 数 值 模 拟
第 2 6卷
2 0 1 3 年 6月
第 2期
苏州科技学院学报( 工 程 技术 版 )
V o 1 . 2 6
N o . 2
J o u r n a l o f S u z h o u U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ( E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y )
一
火
火
火
般 爆裂 和严 重 爆 裂 两种 : 一般 爆 裂取 保 护 层厚 度 的 2 5 % 5 0 %, 严重 爆裂 取保 护 层厚 度 的 7 5 % ̄ 1 0 0 %; ( 4 ) 爆 裂 长度
四面 受火 三面 受火 两面 受火
~
取柱 受 火 长 度 的 1 / 1 0 ~ 1 / 5 ; ( 5 ) 爆 裂 发 生后 , 混凝 土爆 裂 面
高温条件下混凝土力学性能参数分析

高温条件下混凝土力学性能参数分析摘要:混凝土在高温环境下的力学性能参数分析对于建筑工程的设计、施工和维护都具有重要意义。
本文将对高温条件下的混凝土力学性能参数进行分析,并探讨其对建筑工程的影响。
引言:混凝土是一种常用的建筑材料,其力学性能对于建筑工程具有重要影响。
在高温条件下,混凝土的力学性能可能会发生变化,这会对建筑物的结构和安全性产生一定的影响。
因此,深入了解高温条件下混凝土的力学性能参数分析具有重要的工程意义。
1. 高温对混凝土的力学性能参数的影响1.1 强度性能高温条件下,混凝土的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度可能会发生变化。
研究表明,在高温环境下,混凝土的抗压强度会减小,主要原因是混凝土内部的骨料可能发生热胀冷缩,导致损伤。
另外,混凝土内部的孔隙结构可能发生变化,导致混凝土的抗拉强度和抗剪强度下降。
1.2 应变性能高温条件下,混凝土的线膨胀系数和蠕变性能可能会发生变化。
线膨胀系数是衡量混凝土在高温下膨胀变形的指标,研究表明,在高温环境下,混凝土的线膨胀系数会增大。
蠕变性能是描述混凝土在长时间荷载下变形的指标,高温条件下,混凝土的蠕变性能可能会受到影响,导致结构的变形。
2.1 抗压强度测试抗压强度是衡量混凝土抗压性能的重要指标。
在高温条件下,使用热水浴、电炉等设备进行加载试验,通过测量混凝土的破坏荷载和变形,计算出混凝土的抗压强度。
2.2 抗拉强度测试抗拉强度是衡量混凝土抗拉性能的重要指标。
在高温条件下,可以使用等距离支撑悬臂梁试验等方法进行测试,通过测量混凝土的破坏荷载和伸长量,计算出混凝土的抗拉强度。
2.3 抗剪强度测试抗剪强度是衡量混凝土抗剪性能的重要指标。
在高温条件下,可以使用剪切试验或直剪试验等方法进行测试,通过测量混凝土的破坏荷载和剪切变形,计算出混凝土的抗剪强度。
2.4 线膨胀系数测试线膨胀系数是衡量混凝土在高温下膨胀变形的重要指标。
可以使用热胀冷缩试验或热稳定试验等方法进行测试,通过测量混凝土的线膨胀量和温度,计算出混凝土的线膨胀系数。
高强混凝土高温下爆裂机理探讨

度与表面 温度一致时, 混凝土强 所降 但下降 度有 低, 幅度不 大, 此时, 与只掺粉煤灰的H C S 相比, 掺入硅粉的H C S 结构更密 本文结 合国内 外最新相关研究, H C 从 S 在不同 温度下的 宏 观表现及微观结构变化。 探讨其爆裂破坏的 机理。 对蒸 并 汽 实, 0 c 在40C 后强度降幅 较小。 恒温时问的 随 增加, 验可观察 试 压 爆裂 机理进行系统的分析, 有助于耐高温高强混凝土材 料 到 有爆裂 现象发生, 并且掺入 硅粉的H c 爆裂相 s 发生 对较 快。
2G a g o gB i igMae a e e rhI s tt, a g h u5 0 6 , u n d n 。 hn ) . u n d n ul n t l sac t ue Gu n z o 1 1 0 G a g o g C ia d i r R ni
0 前 言
的 强度等 级越高, 破坏 爆裂 面积越大。部分试验研究结果表 明,S 爆裂现象的 HC 发生主要集中在3 与60 温度相差 5 0 0 ℃,
达到20 主要是因 5 ℃, 为混凝土本身具有很高的 离散性, 及 以 不同 试验所用的 配合比 不同, 外加剂掺量也不尽相同。 0 经6 0
℃高温的混凝土, 抗压强度急剧下降, 约为室温时的5%。当 O
的研究开发。
科技攻关项 目: 广州市科技局科技攻关项 目(05— O 0) 20 ZD 21
收稿 日期:0 6 0 — 9 2 0 — 6 1
随 着受热 温度由 温直接升至6 时, 室 0 c 首先观察到的 0C 是水蒸 气蒸发, 跟着就可观察到Hc发 紧 s 生爆裂破 坏现象, 且混凝土
一
变化主要表现在质量的损失,这 个损失 是由于 游离水的 蒸发
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[ 11 ]
41. 3~50. 8
2 ℃/ min
—
300~400
[ 12 ] #
77 , 44
AS1530. 4
—
700~800
注 : 带 3 号的抗压强度为Φ100mm ×200mm 圆柱体抗压强度 ,其它为立方体抗压强 度 ; # 号所指温度为炉温 ;文献[11 ]为钢纤维混凝土 。
和蒸汽压力所需的时间也就越长 ,初爆时刻就越晚 ,爆裂的持续时间也就越长 。
平面部分的爆裂深度 :
y = 67. 33 - 1. 28 x ( x ≤52)
(1)
构件四角的爆裂深度 :
y = 77. 86 - 1. 32 x ( x ≤58)
(2)
构件的爆裂面积率 :
y = 185. 97 - 3. 24 x ( x ≤57)
(3)
式中 x 为水灰比 ( %) ; y 分别为平面部分与四角的爆裂深度 (mm) 和爆裂面积率 ( %) 。
层厚度相差不大 ,为简便起见 ,程序中假设高强混凝土柱只是保护层发生爆裂 ,保护层以内的混凝土不发生
表 2 高强混凝土的初爆时刻与持续时间
Table 2 Initial time and duration of explosive spalling of HSC
高温后高强混凝土的微观结构分析

高温后高强混凝土的微观结构分析
吴波;袁杰
【期刊名称】《哈尔滨建筑大学学报》
【年(卷),期】1999(032)003
【摘要】利用扫描电子显微镜对不同温度作用后C70和C85两种高强混凝土的微观结构进行了观察和分析,总结了掺加粉煤灰和硅灰的高强混凝土内部结构随温度的变化规律,较好地解释了高温后高强混凝土宏观力学性能的试结果,深化了人们对高温后高强混凝土损伤机理的认识。
【总页数】5页(P8-12)
【作者】吴波;袁杰
【作者单位】哈尔滨建筑大学;哈尔滨建筑大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.31
【相关文献】
1.高强混凝土在高温中和高温后的抗压强度试验研究 [J], 胡海涛;董毓利;刘伊琳
2.回弹法检测高温后高强混凝土轴心抗压强度 [J], 陈宗平; 戴上秦; 王汉鹏
3.冈管高强混凝土高温后的轴压力学性能分析 [J], 王美英
4.回弹法检测高温喷水冷却后高强混凝土抗压强度试验研究 [J], 陈宗平;廖浩宇;周济;李森源
5.高温喷水冷却后圆钢管高强混凝土的界面黏结性能试验研究 [J], 陈宗平;周济;陈建佳;班茂根
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混凝土高温爆裂机理的数值分析研究

的细 节 。
关键 词 : 数值模拟 ; 混凝土 : 高温 : 爆裂
中 图分 类 号 :U 2 T 58
文献 标 识 码 : A
文章 编 号 :0 17 2 2 1) 10 0 — 4 10 — 0 X(0 1 0 — 0 10
Nu e ia n l ss o h e h n s f e p o i e s a l g i e t d c n r t m rc l a a y i f t e m c a im o x lsv p l n n h a e o c e e i
危 害 到建 筑 结 构 的整 体 性 , 而对 人们 的 生 活 或 生 产 构 成 极 大 的 隐 患 。 目前 为 止 , 于 混 凝 土 高 温 爆 裂 的 机 理 还 难 以 达 成共 识 。 从 到 关 在
前期工作 的基础上 , 利用数值模拟手段对混凝十高温爆裂的机 理进行 更深层 次的分析 , 力图揭示 实验 中所难 以获得 的材料 内部发生
火灾高温作用下钢筋混凝土梁截面温度场的计算与分析

中图 分 类 号 : U 7 . T 35 1 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :0 8 9 3 2 1 ) 6— 7 0 10 —13 (00 0 0 3— 5
Ca c l to n n l ss o e p r t r e d i e n o c d c n r t e m lu a i n a d a a y i ft m e a u e f l n r i f r e o c e e b a i
内部 , 在结构 或构件 内部形 成一非 均匀 的温度 场 , 从
载 的情 况下 , 结构反 应加 剧 , 抵抗 破坏 及变形 等能 力 明显下 降 , 静定 结 构 还 会 出现 内力 重 分 布现 象 。 超 熟悉、 掌握构件内部 的温度场分布及变化 , 才能进一 步 研究 与分析 火灾 作用下 钢筋 混凝土 构件 的结构反 应, 如承 载力 、 度 的变化 。 挠
0 引 言
分 析与计算 建筑火 灾环境 中构 件 内部温度 场 的 分 布及 变化 , 是研 究 钢筋 混 凝 土构 件 及 结 构在 建 筑 火灾 作用下 的性 能与行 为 的基 础 以及 重要 内容 。 火灾 中建筑结 构或构 件 的火灾反应 从起 火 时就 已开始 , 可燃 物经 着火 燃 烧 , 放 出 大量 的热 , 过 释 通 热对 流 、 辐射 作用于结 构表 面 , 使其 表 面温度 迅速 升 高 , 由热传 导 向结构 内部传 导 , 再 热作用 延伸 至构 件
Ab t a t B o i ig f i n i e e c t o s t e ta se t e ea u e f l r g a i o i d a d i wa ai a e y t e sr c : y c mb n n n t a d d f r n e meh d ,h rn i n mp r t r ed p o r m s c mpl n t s v l td b h i e t i e d
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(1. Department of Civil Engineering , South China University of Technology , Guangzhou 510640 ,China ; 2. School of Civil Engineering , Harbin Institute of Technology , Harbin 150090 , China)
8 16 23 8 8~45 15
8 Φ100 ×200
15
42
24
Φ150 ×300
—
—
10
3600 ×1200 ×150
注 :急加热是指 10min 以内平均加热温度达 900 ℃以上 (最高为 980 ℃) 、恒温 30min 的加热制度 。
通过对表中结果的分析发现 ,高强混凝土发生爆裂的初始时刻主要集中在 8~23min 左右 ,平均约为 15min ;持续时间则主要集中在 8~25min 左右 ,平均约为 20min 。
持续时间/ min 40 20 25 11
试件尺寸/ mm T 型梁
700 ×700 ×1400 300 ×300 ×1200
J IS A1304 [7]
J IS A1304 的 2/ 3
J IS A1304 的 1/ 2
[8]
J IS A1304
[ 14 ]
ISO 834
[ 12 ]
AS1530. 4
表 2 高强混凝土的初爆时刻与持续时间
Table 2 Initial time and duration of explosive spalling of HSC
文献 [2] [ 13 ] [5]
升温曲线 ASTM E119
ISO 834 J IS A 1304 急加热 3
初爆时刻/ min 18 10 < 10 3
平面部分的爆裂深度 :
y = 67. 33 - 1. 28 x ( x ≤52)
(1)
构件四角的爆裂深度 :
y = 77. 86 - 1. 32 x ( x ≤58)
(2)
构件的爆裂面积率 :
y = 185. 97 - 3. 24 x ( x ≤57)
(3)
式中 x 为水灰比 ( %) ; y 分别为平面部分与四角的爆裂深度 (mm) 和爆裂面积率 ( %) 。
11 卷 2 期 2002 年 5 月
自 然 灾 害 学 报 JOURNAL OF NA TU RAL DISASTERS
文章编号 :100424574 (2002) 0220065205
Vol . 11 ,No. 2 May ,2002
高温下高强混凝土的爆裂规律与 柱截面温度场计算
吴 波1 , 袁 杰2 , 李 惠2 , 周文松2
律和爆裂现象的描述 ,不同文献 文献 抗压强度/ MPa
升温曲线
含水率/ % 爆裂临界温度/ ℃
的研究结果略有不同 。表 1 所示
170 ,150
1 ℃/ min
—
[1]
为不同文献中高强混凝土爆裂临
114
350
8 ℃/ min
—
界温度 (爆裂时的试件表面温度)
[2]
105
ASTM E119
4. 6
497
文献[ 9 ]的试验结果表明 ,箍筋的存在能有效地防止高强混凝土的高温爆裂 。因此 ,本文后面进行温度
场计算时 ,粗略地将高强混凝土柱的爆裂深度统一取为钢筋的保护层厚度 。
2 高温下高强混凝土柱的截面温度场
2. 1 程序说明
高温下高强混凝土常常发生爆裂 ,致使柱子截面减小且截面温度场发生突变 ,从而导致高温下高强混凝
的试验结果 。从表中可以看出 , [3 ]
89
7~8 ℃/ min
—
320~360
不同文献中高强混凝土爆裂临界 [4 ]
78 , 115 , 128
ISO 834 曲线
—
480~5பைடு நூலகம்0
温 度 的 试 验 结 果 从 300 ℃至 [5 ]
98. 1
J IS A 1304 曲线
3. 71
500
717 ℃不等 。一般来说 ,升温速度 [6 ]
通 过 对 表 中 结 果 的 分 析 发
90. 2
现 ,虽然试验时所用的原材料和
83. 7
加热曲线各不相同 ,但爆裂临界 [8] 3
87. 1
温度却主要集中在 350~500 ℃范
77. 2
围内 。
86. 8
1. 2 初爆时刻与持续时间
[9]
82. 8
表 2 所示为不同文献中高强
79. 5
层厚度相差不大 ,为简便起见 ,程序中假设高强混凝土柱只是保护层发生爆裂 ,保护层以内的混凝土不发生
式 。试验水灰比范围为 0. 275~0. 644 ,Φ100mm ×200mm 圆柱体抗压强度为 21~92MPa ,含水率为 4 %~6 % ,
试件尺寸为 700mm ×700mm ×1400mm。试验结果表明 ,水灰比越小 ,爆裂程度越严重 ,钢筋温度越高 ,爆裂深
度越大 ,爆裂面积率 (爆裂面积占受热面积的百分数) 也越大 。相应的回归公式分别为
70~250
1~2. 5 ℃/ min
—
150~350
越快 ,构件截面的温度梯度就越
68. 0
3. 7~4. 1
472~604
大 ,发生爆裂时构件表面的温度 [7] 3
79. 1
也就越高 ,即爆裂临界温度越高 。
73. 3
J IS A 1304
3. 3~4. 5 3. 4~4. 9
339~710 482~508
混凝土初爆时刻与持续时间的试 [10]
93. 2
J IS A 1304
4. 0
10 ℃/ min
—
10 ℃/ min
2. 78
2. 39
626 ,717 379~558 535 , 638 390 , 445
300 400 500 400
验结果 。从表中可以看出 ,含水 率相近时 ,升温速度越快 ,爆裂发 生的初始时刻一般越早 ,持续时 间则一般越短 。这是因为升温速 度越慢 ,混凝土内部孔隙达到饱
Explosive spalling rules of high strength concrete under high temperature and calculation for temperature field of column cross section
WU Bo1 , YUAN Jie2 , LI Hui2 , ZHOU Wen2song2
1. 3 爆裂深度与爆裂面积
文献[ 14 ]的研究结果表明 ,标准耐火试验时高强和高性能混凝土的爆裂面通常位于构件表面以下一到
几个厘米 。文献[ 13 ,15 ]研究了无预加荷载时标准受火 ( ISO834 标准升温曲线) 情况下水灰比与高强混凝土
爆裂之间的定量关系 ,分别给出了高强混凝土构件不同部位的爆裂深度和爆裂面积与水灰比之间的回归公
土柱的截面温度场与普通混凝土柱相比 ,有较大差别 。
程序编制时 ,首先分别在时间域和空间域上进行离散 ,然后根据热平衡条件 ,建立相应的差分格式[16] 。
具体编制过程中 ,采用了如下近似处理 :
(1) 由于高强混凝土的热物理性能和普通混凝土相差不大 ,即两者的热变形 、热传导率 、比热容 、热扩散
[ 11 ]
41. 3~50. 8
2 ℃/ min
—
300~400
[ 12 ] #
77 , 44
AS1530. 4
—
700~800
注 : 带 3 号的抗压强度为Φ100mm ×200mm 圆柱体抗压强度 ,其它为立方体抗压强 度 ; # 号所指温度为炉温 ;文献[11 ]为钢纤维混凝土 。
和蒸汽压力所需的时间也就越长 ,初爆时刻就越晚 ,爆裂的持续时间也就越长 。
大量研究结果表明 ,高温下高强混凝土构件的表面混凝土常常发生爆裂 ,从而直接导致构件截面面积减 小 ,截面温度场发生突变 ,并致使全部或部分钢筋 (包括纵筋和箍筋) 直接暴露于高温环境而迅速软化 ,降低 了构件的耐火性能 ,加速了构件的破坏历程 ,导致结构过早破坏 。显然 ,这给高强混凝土结构的火灾安全性 带来了极大的危害 。因此 ,总结高温下高强混凝土的爆裂规律 ,并研究爆裂对高强混凝土构件截面温度场的 影响 ,是十分必要的 。 本文通过对国内外相关研究结果的整理和分析 ,总结了高温下高强混凝土的爆裂规律 (包括爆裂时的临 界温度 、初爆时刻和持续时间 、爆裂深度) 。在此基础上 ,编制了高强混凝土柱截面温度场的计算程序 ,考虑 高温爆裂对温度场的影响 ,对高强混凝土柱的截面温度场进行了计算分析 ,并与不考虑爆裂时进行了比较 , 给出了截面中轴线上由于爆裂所引起的温度变化的回归公式 。
(1. 华南理工大学建筑学院土木工程系 ,广东 广州 510640 ; 2. 哈尔滨工业大学土木工程学院 ,黑龙江 哈尔滨 150090)
摘要 : 通过对国内外相关研究结果的整理和分析 ,总结了高温下高强混凝土的爆裂规律 。编制了柱 截面温度场的计算程序 ,并考虑了高温爆裂对温度场的影响 ,对高强混凝土柱的截面温度场进行了计 算分析 ,给出了截面中轴线上由于爆裂所引起的温度变化的回归公式 。 关键词 : 高温 ;高强混凝土 ;爆裂 ;温度场 中图分类号 : TU37 文献标识码 :A