混凝土结构抗火性能研究
公路隧道模筑多孔混凝土衬砌结构的抗火性能理论研究的开题报告
公路隧道模筑多孔混凝土衬砌结构的抗火性能理论研究的开题报告题目：公路隧道模筑多孔混凝土衬砌结构的抗火性能理论研究一、研究背景公路隧道作为一种常见的交通建筑，其安全性与运行效率显然是很重要的。
火灾是公路隧道中一种严重的灾害，很多公路隧道在历史上发生火灾，给人们的生命财产造成很大危害。
因此，如何提高公路隧道的抗火性能，减少火灾事故的发生，是极为重要的。
多孔混凝土作为一种新型的材料，具有良好的隔热、保温、抗火等性能，并且在建设领域有广泛的应用。
因此，将多孔混凝土应用于公路隧道衬砌结构，可以提高公路隧道的抗火性能，从而减少火灾风险。
二、研究目的本研究旨在通过理论分析、数值模拟及实验研究等方法，探索公路隧道模筑多孔混凝土衬砌结构的抗火性能，从而为公路隧道的抗火设计提供理论基础和技术支持。
三、研究内容和方法1. 通过文献调研和国内外相关标准及规范的分析，掌握公路隧道抗火设计的基本要求和技术标准。
2. 选择多孔混凝土作为公路隧道衬砌材料，利用有限元分析软件进行数值模拟分析，研究多孔混凝土衬砌结构在不同火灾场景下的温度场分布和应力变化规律。
3. 通过室内实验，对多孔混凝土衬砌结构进行真实火灾场景下的抗火性能测试，在不同热流密度、火灾时间等条件下，探索多孔混凝土衬砌结构的抗火性能。
4. 结合数值模拟和实验结果，探讨多孔混凝土衬砌结构在公路隧道抗火设计中的应用及优化方案。
四、预期成果1. 对公路隧道抗火设计的基本要求和技术标准进行深入分析和探索。
2. 通过数值模拟和实验研究，探讨多孔混凝土衬砌结构在公路隧道抗火设计中的应用，提出优化方案。
3. 发表相关学术论文，为公路隧道抗火设计提供理论基础和技术支持。
以上为本研究的开题报告，如有不足之处，还请指出。
混凝土耐火性能检测标准
混凝土耐火性能检测标准混凝土是一种常用的建筑材料，具有承重、耐久、防火等特性，但在遭受高温时，其性能会发生变化。
因此，混凝土的耐火性能检测非常重要。
本文将详细介绍混凝土耐火性能检测的标准。
一、检测范围混凝土耐火性能检测的范围包括：抗火性能、热稳定性、高温下的力学性能、高温下的微观结构等方面。
二、检测方法1. 抗火性能检测抗火性能检测主要通过模拟火场温度和时间，测试混凝土在高温下的变形和破坏情况。
常用的测试方法包括火焰试验、热压试验、热震试验等。
2. 热稳定性检测热稳定性检测主要是测试混凝土在高温下的尺寸变化和重量损失情况。
常用的测试方法包括高温烘箱试验、高温水浸试验等。
3. 高温下的力学性能检测高温下的力学性能检测主要是测试混凝土在高温下的抗压、抗拉、弯曲等力学性能。
常用的测试方法包括高温下的压缩试验、拉伸试验、弯曲试验等。
4. 高温下的微观结构检测高温下的微观结构检测主要是通过显微镜等设备观察混凝土在高温下的微观结构变化情况。
常用的测试方法包括光学显微镜、电子显微镜等。
三、检测指标1. 抗火性能检测指标抗火性能检测的主要指标包括：耐火极限、耐火等级、表面温升、表面裂缝、瓦解、剥落等。
2. 热稳定性检测指标热稳定性检测的主要指标包括：尺寸变化率、重量损失率等。
3. 高温下的力学性能检测指标高温下的力学性能检测的主要指标包括：抗压强度、抗拉强度、弯曲强度等。
4. 高温下的微观结构检测指标高温下的微观结构检测的主要指标包括：孔隙度、颗粒形态、结晶度等。
四、检测结果和评价标准检测结果应根据检测指标进行评价。
抗火性能检测应根据耐火极限、耐火等级等指标来评价，评价标准可参考GB/T 9978-2011《建筑物耐火检验方法》。
热稳定性检测应根据尺寸变化率、重量损失率等指标来评价，评价标准可参考GB/T 16809-2011《混凝土高温稳定性试验方法》。
高温下的力学性能检测应根据抗压强度、抗拉强度、弯曲强度等指标来评价，评价标准可参考GB/T 50081-2019《混凝土力学性能试验方法标准》。
欧洲规范中混凝土结构抗火设计主要内容 火灾下荷载效应 抗力效应 材料性能与基于的抗火设计方法
结构形式是影响钢结构抗火性能的重要因素之一。因此，在性能化设计中， 应该对结构形式进行优化。例如，可以增加结构的高度和跨度等参数，以降低结 构的受热面积；可以增加结构材料的厚度和截面积等参数，以提高结构的承载能 力和耐火极限；可以增加结构内部的通风设施等参数，以降低结构内部的温度和 湿度等参数。这些优化措施的综合应用可以大大提高钢结构的抗火性能。
3、多重防护的原则
为了提高钢结构的抗火性能，多重防护的原则也非常重要。例如，在钢结构 的表面喷涂防火涂料可以增加其耐火极限；在钢结构的梁柱之间设置防火分隔可 以防止火灾蔓延等。这些多重防护措施的综合应用可以大大提高钢结构的抗火能 力。
三、性能化钢结构抗火设计的要 点
1、钢材的选用
钢材是钢结构的基础材料，其抗火性能对整个结构的抗火性能有着重要影响。 因此，在钢材选用时，应该考虑到其高温性能和稳定性。一般来说，高温下钢材 的强度和刚度会降低，因此应该选用具有较好高温性能的钢材。此外，钢材的稳 定性也是非常重要的一个因素，如果钢材在高温下变形过大或者发生破坏，就会 对整个结构的安全性造成影响。
火灾下荷载效应
火灾对混凝土结构的荷载效应有着显著的影响。在高温作用下，混凝土材料 的力学性能发生变化，导致结构的承载能力下降。其中，极限承载力是衡量结构 承载能力的重要指标。在火灾作用下，混凝土结构的极限承载力会降低，甚至导 致结构的破坏。此外，裂纹扩展也是火灾下荷载效应的一个重要方面。在高温作 用下，混凝土材料产生热胀冷缩，导致裂纹的产生和扩展。这些裂纹可能进一步 导致结构的破坏和倒塌。
随着社会经济的发展和建筑技术的进步，混凝土结构在各类建筑中的应用日 益广泛。然而，火灾对混凝土结构的危害不容忽视。因此，欧洲规范中对混凝土 结构的抗火设计有着严格的要求。本次演示将围绕欧洲规范中混凝土结构抗火设 计的主要内容展开，以火灾下荷载效应、抗力效应、材料性能与基于的抗火设计 方法为关键词，提炼文章的主题和思路。
混凝土抗火设计原理与实践
混凝土抗火设计原理与实践一、概述混凝土结构在工业、民用及公共建筑中被广泛应用，其抗火性能对建筑物的安全性至关重要。
本文将对混凝土抗火设计的原理和实践进行详细探讨。
二、混凝土抗火设计原理1.混凝土受火时的变形与破坏形式混凝土在高温下的变形和破坏主要表现为以下几种形式：（1）热胀冷缩：在高温下，混凝土内部的水分蒸发产生蒸汽，使混凝土体积膨胀，当温度降低时，混凝土又会收缩。
（2）裂缝：混凝土在高温下会出现裂缝，主要是由于混凝土内部的水分蒸发、钢筋的热膨胀等原因。
（3）剥落：混凝土在高温下容易出现剥落现象，主要是由于混凝土内部的水分蒸发、钢筋锈蚀等原因。
2.混凝土抗火设计参数混凝土抗火设计参数主要包括以下几个方面：（1）混凝土配合比：混凝土配合比应该根据使用环境来进行设计，一般来说，混凝土中应控制水灰比，控制好水灰比可以有效地提高混凝土的抗火性能。
（2）混凝土强度等级：混凝土的强度等级对其抗火性能有很大的影响，一般来说，混凝土的强度等级越高，其抗火性能也就越好。
（3）混凝土密度：混凝土密度也是影响抗火性能的重要参数，一般来说，混凝土密度越大，其抗火性能也就越好。
（4）混凝土厚度：混凝土的厚度对其抗火性能也有影响，一般来说，混凝土的厚度越大，其抗火性能也就越好。
3.混凝土抗火设计方法混凝土抗火设计方法主要包括以下几个方面：（1）混凝土覆盖层厚度的确定：混凝土覆盖层的厚度应根据建筑物的使用环境来确定，一般来说，混凝土覆盖层的厚度应大于钢筋的直径。
（2）混凝土的防火涂料：防火涂料可以提高混凝土的抗火性能，一般来说，防火涂料的厚度应根据使用环境来确定。
（3）混凝土的保温措施：保温措施可以保护混凝土不受高温侵害，一般来说，保温措施应根据使用环境来确定。
三、混凝土抗火设计实践1.混凝土结构的防火设计混凝土结构的防火设计主要包括以下几个方面：（1）混凝土梁、板的防火保护：混凝土梁、板的防火保护一般采用防火涂料、保温材料等。
混凝土及预应力混凝土结构抗火研究现状与展望
混凝土及预应力混凝土结构抗火研究现状与展望1. 本文概述随着现代社会对建筑安全性能要求的不断提高，混凝土及预应力混凝土结构的抗火性能已成为土木工程领域的研究热点。
本文旨在全面综述当前混凝土及预应力混凝土结构抗火研究的现状，探讨存在的问题，并展望未来的研究方向。
文章首先对混凝土及预应力混凝土在火灾环境下的性能变化进行概述，包括材料的热工性能、力学性能的退化以及火灾后结构的损伤评估等方面。
接着，文章将重点介绍国内外在混凝土及预应力混凝土结构抗火研究方面所取得的主要成果和进展，包括抗火设计方法、抗火性能试验、数值模拟与理论分析等方面。
文章将指出当前研究中存在的问题和挑战，并提出未来的研究方向和建议，以期为提升混凝土及预应力混凝土结构的抗火性能提供有益的参考和借鉴。
1.1 研究背景与意义混凝土及预应力混凝土结构在现代建筑和工程领域中占据着举足轻重的地位。
随着城市化进程的加快和高层建筑的不断涌现，这些结构的安全性和耐久性成为了工程界关注的焦点。
特别是在火灾等极端情况下，混凝土及预应力混凝土结构的抗火性能直接关系到人员安全和财产保护，对其抗火性能的研究具有重要的现实意义和深远的战略意义。
在建筑结构设计中，除了考虑日常使用环境下的承载能力和稳定性外，还必须充分考虑在火灾等非常规环境下的结构行为。
火灾作为一种常见的自然灾害和人为事故，对建筑结构的破坏力极大，尤其在高层建筑、地下工程、大型公共设施等领域，火灾可能导致灾难性的后果。
研究混凝土及预应力混凝土结构在火灾作用下的抗火性能，对于提高结构的安全性和可靠性，减少火灾带来的损失具有至关重要的作用。
随着科技的进步和材料科学的发展，混凝土及预应力混凝土结构的设计理论和施工技术也在不断完善。
现有的研究和实践表明，这些结构在火灾中的性能仍然存在诸多不确定性，例如材料性能的退化、结构构件的破坏模式、整体结构的稳定性等。
这些问题的存在，不仅增加了结构设计的难度，也对现行的设计规范和标准提出了挑战。
混凝土的抗火性能研究
混凝土的抗火性能研究混凝土是一种常用的建筑材料，其抗火性能对建筑结构的安全至关重要。
本文将对混凝土的抗火性能进行研究，探讨其在火灾中的表现及相关改进措施。
一、引言混凝土作为一种广泛应用于建筑领域的材料，具有一定的抗火特性。
然而，在长时间高温作用下，混凝土结构仍然可能遭受破坏。
因此，进一步研究混凝土的抗火性能对于提高建筑结构的防火能力和延长疏散时间至关重要。
二、混凝土在火灾中的表现在火灾中，混凝土的抗火性能直接影响着建筑结构的安全性。
当温度升高时，混凝土内部的水分会逐渐蒸发，从而形成一层保护层，防止火焰侵蚀内部结构。
此外，混凝土中的石料和骨料具有较高的熔点和导热性，能够吸收和分散火焰的热量，有效延缓火势蔓延。
然而，长时间高温的作用下，混凝土内部的水分会被蒸发殆尽，保护层的效果将逐渐减弱。
同时，高温会导致混凝土产生膨胀和裂缝，使其力学性能下降，极端情况下可能导致建筑结构崩塌。
三、混凝土的抗火性能改进措施为了提高混凝土的抗火性能，可以采取以下措施：1. 添加防火掺合料：适量添加防火掺合料，如铝粉、硅酸铝盐等，可在混凝土中形成具有良好隔热性能的保护层，进一步提高其抗火能力。
2. 改变混凝土配合比：通过调整混凝土中水泥、骨料和砂的配合比，可以改变其力学性能和热传导性能，从而提高其抗火性能。
3. 使用纤维增强材料：添加纤维增强材料，如钢纤维、玻璃纤维等，可以有效提高混凝土的韧性和抗裂性能，从而增强其在火灾中的抗击能力。
4. 进行防火涂层处理：在混凝土表面施加防火涂层，如防火涂料或防火石膏板，可以形成一层隔热保护层，起到阻燃的作用，保护混凝土结构不受火势侵蚀。
四、混凝土抗火性能的测试方法为了评估混凝土的抗火性能，通常采用以下测试方法：1. 火焰冲击试验：将预制的混凝土试样置于直接火焰冲击区域，观察并记录试样的表面破坏情况和裂缝程度，以评估其抗火能力。
2. 热重分析：通过对混凝土试样进行热重分析，可以确定其在高温下的热分解过程和质量损失，从而评估其热稳定性和抗火性能。
经历弱震损伤的混凝土框架结构抗火性能试验研究
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ８ ２ １ － ３ ２
作 者 简 介 ： 才玮 （９３）男 ， 刘 １８一， 博士 生 ， 要从 事混 凝土 防灾 减灾及 大 跨空 间结 构健康 监测 研究 ，Ｅｍ ｉ０ １０５＠ １３ｃｒ。 主 （ － ａ ）３５０３ ６・ ｎ ｌ ｏ
第６ 期
刘才 玮 ， ： 等 经历 弱震 损伤 的 混凝 土框 架结构 抗 火性能试 验研 究
．
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混凝土结构耐火性能
混凝土结构耐火性能混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的重要材料。
在火灾事故中，混凝土结构的耐火性能直接关系到建筑物的安全等级。
因此，混凝土结构的耐火性能成为了建筑工程设计和施工中需要特别关注的问题。
本文将探讨混凝土结构耐火性能的相关内容，包括混凝土的火灾反应、耐火性能评价及提高混凝土耐火性能的方法。
一、混凝土的火灾反应在火灾中，混凝土的火灾反应主要表现为物理和化学两方面。
物理反应包括热膨胀、开裂和剥落等；化学反应主要指水化产物失水和颗粒结构烧蚀等。
1. 热膨胀：混凝土在高温下会发生热膨胀，其原因是混凝土中的孔隙内的水分蒸发形成蒸汽，导致压力增大，从而引起混凝土体积的膨胀。
热膨胀可能导致混凝土产生裂缝，并且加剧火势的蔓延。
2. 开裂和剥落：在火灾中，混凝土中的水分被热量蒸发后，混凝土内部产生高温和高压力，从而引起混凝土表面的开裂和剥落。
这种开裂和剥落会削弱混凝土结构的力学性能，进一步导致结构的失稳和倒塌。
3. 水化产物失水和颗粒结构烧蚀：在高温下，混凝土中的水化产物会失去结晶水，从而形成非结晶态的水化产物。
同时，混凝土中的颗粒结构也会被高温损坏和烧蚀。
这些化学反应会导致混凝土的强度和稳定性下降，从而降低其耐火性能。
二、耐火性能评价为了评价混凝土结构的耐火性能，可以采用一系列指标和测试方法进行评估。
1. 耐火极限：耐火极限是指混凝土在一定火灾条件下能够保持结构完整性的时间。
一般来说，耐火极限的评价是根据混凝土的抗火层厚度和火灾持续时间来确定的。
耐火极限的提高可以通过增加混凝土的抗火层厚度、使用耐火材料或应用耐火涂料等方式实现。
2. 剥落和坍落温度：剥落温度是指混凝土表面温度超过剥落阈值时开始剥落；坍塌温度是指混凝土体积发生明显变形和破坏时的温度。
这两个温度指标可以反映混凝土的耐火性能和结构的稳定性。
通常采用热重分析（TGA）和差热分析（DSC）等测试方法来测定剥落和坍塌温度。
三、提高混凝土耐火性能的方法为了提高混凝土结构的耐火性能，可以采取以下方法：1. 添加耐火材料：通过向混凝土中添加耐火材料，如耐火粉、硅酸盐水泥、陶瓷颗粒等，可以增加混凝土的抗火性能和热稳定性。
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混凝土结构抗火性能研究摘要：由于城市的密集化程度越来越高，人口持续增长，多高层现代建筑（多以钢筋混凝土建筑居多）也越来越多，从而导致建筑火灾频繁发生，后果也越来越严重，造成人类生命及财产蒙受重大损失。
因此有必要研究钢筋混凝土结构的抗火性能。
近年来，国内外开展了高温（火灾）下的钢筋混凝土材料、构件及相应结构的受力性能的实验研究及理论分析，并取得了一些成果，现就钢筋混凝土结构抗火性能研究内容、设计以及现状与发展做简单介绍。
关键字：混凝土抗火内容、设计、发展0 引言火灾给人类的生命财产造成极大的损失,火灾造成的经济损失仅次于干旱和洪涝,而发生的频度则位居各种灾种之首。
目前,钢筋混凝土结构是我国主要建筑结构形式之一。
尽管钢筋和混凝土材料属于热惰性材料,但由于火灾的高温作用,材料性能将严重劣化,在结构中将发生严重的内(应)力重分布,使结构性能大大削弱,危及结构的安全。
建筑结构特别是钢筋混凝土框架结构在火灾中坍塌的事故时有发生,往往造成重大的人员伤亡和财产损失。
研究钢筋混凝土结构的抗火性能十分必要和迫切。
1混凝土结构抗火理论研究内容混凝土结构抗火的全过程分析包括三部分:室内火灾温度场分析、构件和结构内部温度场分析和抗火性能分析。
本文主要介绍后两部分的研究。
1.1混凝土构件和结构内温度场1.1.1求解方法概述为进行高温下的结构性能分析,一般先进行构件和结构内温度场分析,由于结构的内力和变形一般不影响热传导过程,因而可对温度场进行独立分析。
构件和截面温度场由于受诸多因素如材性离散、边界条件处理等影响,理论分析较为复杂。
以前的温度场确定主要通过试验实测,即通过在构件中预埋热电偶,积累大量数据绘制成相应的表格供查找参考。
热传导方程是一个非线性抛物型偏微分方程,在用数值解法求解的过程中,除上文提到的空间有限元和时间有限差分结合法外,还有空间差分和时间差分结合法、空间有限元和时间有限元结合法等。
目前研究者对温度场的计算对象均集中在构件如墙板、柱、梁等,由于热传导问题实际上是三维问题,这大大增加了理论求解的难度,因而研究者根据构件形状、受火条件等对计算模型进行简化,从而变为二维问题甚至一维问题。
钢筋混凝土墙片和平板的火灾温度场计算较简单,其温度场是火灾燃烧时间t和计算点距受火面距离h的函数,它可按照一维无限大平板热传导问题进行解析求解,也可进行一维差分和有限元求解。
在目前的研究中,一般假定梁柱构件内部温度沿纵向一致,因而直接选取横截面,将温度场视为火灾燃烧时间t、计算点离高边和宽边距离的函数,按二维热传导问题计算。
由于热传导方程只表明构件内部各点间的热量迁移规律,因而需先确定构件温度的初始条件和边界条件,从而确定各点的温度。
1.1.2对钢筋的处理由于温度场计算可独立于应力分析进行,对于钢筋对温度场的影响,以前的研究大都进行了简化,即将计算点处钢筋温度视为与同处混凝土温度相同处理。
由于钢筋的热传导速度比混凝土快得多,尤其是对于配筋量较大的截面,钢筋的影响是不可忽视的。
杨泽安对钢筋混凝土梁、板、柱中主筋温度计算方法进行了详细介绍,将混凝土板中的钢筋温度计算方程视为一维,将梁柱中的钢筋温度计算方程视为二维,热传导方程中的自变量为火灾燃烧时间t和计算点离边界面的距离,计算时除了考虑混凝土热传导系数、初始条件和边界条件外,还要考虑钢筋半径、钢筋热传导系数和钢筋保护层厚度等的影响。
1.1．3温度场影响因素的研究影响温度场的因素较多,但目前的研究仍不够全面。
由于骨料和水泥石的热膨胀和热工性能不同,高温作用必然使混凝土内部产生微裂缝,这些裂缝的存在和分布均是随机的,因而温度场分析时可将混凝土视为宏观连续均质体,但当这些裂缝宽度较大甚至贯通形成内部空隙和孔洞时,这种假定显然不符合实际,但目前尚未对此进行专门研究,更未形成理论体系。
1.2混凝土构件和结构在火灾中的力学行为研究钢筋混凝土构件和结构的火灾反应分析是在温度场计算的基础上进行的,主要包括承载力、变形计算和耐火时间极限分析。
1.2.1承载力和变形计算对一般构件而言,承载力变化主要取决于钢筋和混凝土在火灾中的损伤程度,而对超静定结构,还取决于不同部位构件在火灾中刚度下降不同而导致的内力重分布。
在试验研究基础上,国内外都对梁、柱、框架等进行了不少火灾极限承载力试验,而在理论分析上,主要是对构件截面承载力进行计算。
较早的抗火承载力计算是先确定温度场分布,对材料计入相应的强度折减系数,将高温下截面转化为有效截面,再按照类似于常温条件下的承载力求解方法求解。
目前的理论计算已大大改进,一般做法是根据温度场计算结果将截面划分成区,计算内力和变形的关系,在截面承载力计算时,一般仍假定平截面假定成立,且忽略拉区混凝土的作用及剪切效应等,但需事先明确和建立钢筋和混凝土的高温本构关系、热变形及瞬时徐变模型。
对于构件和结构的变形、挠度等的计算,可通过牛顿-拉夫逊(正切刚度)法,或把热膨胀、徐变与荷载产生的应变分开计算截面的弯矩-曲率关系,从而计算每一时刻的单元刚度,通过有限元完成分析计算,因此重点在于确定高温下钢筋与混凝土的应变[4]。
目前,对承载力和变形的理论计算仍不完善,主要表现在建立计算模型时,引入了各种假定,忽略了某些影响因素。
这些因素主要包括剪切作用、高温下钢筋混凝土粘结-滑移本构关系、热边界条件变化(尤其是混凝土开裂及内部缺陷损伤)等。
1.2.2耐火极限研究目前,国内外在构件的耐火极限理论等方面的研究不够深入。
董毓利指出,Harmathy提出的针对单层实心板、双层复合板、实心板的经验半经验公式是基于1200多个构件的耐火试验得出的,并形成了一些确定耐火极限大小的规则。
随着研究的不断深入,Karamoko等基于混凝土柱已提出了火安全分析方法,这有助于构件耐火极限的确定。
在国内,陆洲导等以试验为基础,通过建立数学模型,采用有限元法预测梁的耐火性能,为确定建筑构件的耐火时间开辟了新的思路。
这种思路可采用有限元、输入实际火灾情况下各种火灾过程的数学模型,而耐火试验只能在标准升温曲线下进行,从而预示了分析法逐渐取代耗资巨大的标准耐火试验的趋势,应该成为今后的研究重点。
2 基于计算的混凝土结构抗火设计2.1 混凝土结构抗火设计要求无论对混凝土构件还是整体结构层次的抗火设计,均应满足下列要求:(1)结构耐火设计极限时间内,结构的承载力应不小于各种作用产生的组合效应Sm,即 Rd\Sm (1)(2)规定的各种荷载组合下,结构的耐火时间td应不小于规定的结构耐火极限tm,即 td\tm (2)(3)火灾下,当结构内部温度均匀时,结构达到承载力极限状态时的温度Td应不小于耐火极限时间内结构的最高温度Tm,即Td\Tm (3)上述三个要求实际上等效的,进行结构抗火设计时,满足其一即可。
2.2 火荷载的确定和荷载组合火灾荷载是指着火空间内所有可燃物燃烧时所产生的总热量值。
一座建筑物其火灾荷载越大,发生火灾的危险性也越大,需要的防火措施也越严。
通常总的火灾荷载并不能定量地阐明其与作用面积的关系,为此要引入火灾荷载密度的概念。
火灾荷载密度是指房间中所有可燃物材料完全燃烧时所产生的总热量与房间的特征参考面积之比,即单位面积上的可燃材料的总发热量。
火灾荷载可以分为三种,即:固定火灾荷载Q1,它是指房间中内装修用的、基本固定不变位置的可燃物材料,如墙纸、吊顶、地面等;活动式火灾Q2,它是指为了房间的正常使用而另外布置的,其位置可变性较大的各种可燃物品,如衣物、家具、书籍等;随时性火灾荷载Q3,它主要是由建筑的使用者临时带来并且在此停留时间极短的可燃物构成。
在常规设计计算中可不考虑Q3的影响。
因此火灾荷载Q=Q1+Q2,火灾荷载密度q可以表示为:q=QA=Q1+Q2A(4)2.3 混凝土结构抗火设计方法混凝土构件和结构的高温力学性能全过程分析,可以通过非线性有限元分析获得准确解,从理论上是可行的,但计算复杂,因此有必要建立具有工程准确性,简单实用的构件和结构高温承载力的近似计算方法。
对构件和结构在高温后的极限承载力计算可以采用以下的基本假定:(1)截面温度场已知;(2)计算截面温度场时,忽略截面上钢筋的作用以及截面应力和裂缝状况等的影响,截面上钢筋的温度值取所在位置的混凝土的温度;(3)平截面假定;(4)钢筋和混凝土之间无相对滑移;(5)忽略混凝土的高温抗拉作用。
因为混凝土高温抗压强度随温度升高而变化,所以混凝土构件截面上温度的不均匀分布就有相应的不等的抗压强度值,这样使耐火承载力的计算复杂化。
Eurocode规范对混凝土抗火等效截面的确定提供了一种简化的方法,它假设混凝土低于500e时的高温抗压强度同常温抗压强度,而高于500e后的强度取为零,并确定截面500e等温线后,原截面就可以简化为一个与常温混凝土强度相等,但面积较小,折算的匀质截然后按照普通混凝土构件设计方法进行计算.2.4 混凝土结构抗火设计的构造措施试验研究表明,混凝土结构的耐火极限是随着主筋保护层厚度成正比增加的,增大钢筋保护层厚度是最直接、最有效的提高构件抗火能力的措施。
我国5无粘结预应力混凝土结构技术规程6(JGJ/T92-93)规定,当耐火等级较高,预应力混凝土梁、板保护层厚度不满足规定要求时,应使用防火涂料。
且锚固区的耐火等级较结构构件自身提高一级,并选用高温下工作的稳定的锚具体系。
3 钢筋混凝土结构抗火研究发展趋势目前,钢筋混凝土结构抗火研究的总趋势为:考虑建筑物的真实火灾特性、基于整体结构的火灾反应、确定结构抗火性能指标、对结构进行性能化抗火设计是结构抗火设计研究的发展趋势。
为此,特别需要进一步深入研究下列问题。
3.1 材料高温性能的深入研究及数据库的建立今后应大力加强多轴应力状态下钢筋混凝土结构高温材料特性、升温和降温反复作用对材料特性的影响、高温下加载与卸载对材料特性影响的试验研究和理论分析;此外,由于钢筋和混凝土材料本身化学成分的差异以及试验方法的不同,已有的材料热工性能和高温力学性能具有较大的离散性,目前应针对国内外进行的高温材料试验结果进行总结,并建立可供计算机程序调用的材料高温性能数据库,这是火灾材料研究的一个重点。
3.1 整体结构受火性能研究现有的抗火设计一般都是基于单个构件,但在火灾下,由于材料性能的劣化,各构件刚度的变化,将引起剧烈的内力重分布,单个构件的分析可能出现保守或不安全现象。
因此,分析火灾下建筑物倒塌的机理,掌握结构内力重分布的规律,能够有效保证结构抗火设计的安全性。
应加强火灾作用下(后)结构连接节点的工作机理研究、火灾下大跨度结构非线性反应及倒塌破坏机制研究以及火灾下多高层结构非线性反应及倒塌破坏机制研究等。
3.2基于性能的结构抗火设计方法研究目前“处方式”建筑防火设计规范确定构件耐火极限不能满足建筑结构可靠性和最优成本的要求,因此有必要基于建筑物的整体消防安全目标确定结构的抗火设计要求,对结构进行基于性能目标要求的抗火设计)确定结构抗火的性能化目标,调整或修改设计目标,直到满足性能化目标的结构抗火设计。