標準耐火試驗加熱條件下混凝土剪力墻溫度場分布

王亞宇

（華北水利水電大學，河南鄭州 450045）

標準耐火試驗加熱條件下混凝土剪力墻溫度場分布

王亞宇

（華北水利水電大學，河南鄭州 450045）

本文開展標準耐火試驗加熱條件下鋼筋混凝土剪力墻單面受火試驗，研究受火時間和軸壓力的大小對溫度場分布的影響，結果表明：軸壓力大小對溫度場影響不明顯，而受火時間越長，相同厚度處混凝土溫度越高。

標準耐火試驗；剪力墻；溫度場

近年來，隨著高層建筑的日益增多，鋼筋混凝土剪力墻結構或以剪力墻為主的結構體系以其良好的抗震性能被廣泛應用。火災作用下，剪力墻不僅承受豎向荷載作用，而且充當防火墻的功能。因此，隔熱性是剪力墻防火安全設計中需要考慮的重要因素之一［1］。為了判定剪力墻的隔熱性能，需要首先確定其截面溫度場。另外，鋼筋和混凝土材料的高溫力學性能與其遭受溫度有著密切的關系［2，3］。因此，無論是進行火災下鋼筋混凝土結構的力學反應分析，還是針對火災后結構進行損傷評估和修復加固，都需要首先確定結構的溫度場分布。本文針對4榀鋼筋混凝土剪力墻進行單面受火試驗，對其截面溫度場進行測量研究，以期為鋼筋混凝土剪力墻的溫度場研究提供試驗數據。

1 試驗設計

1.1 試件設計

本次試驗共設計4榀鋼筋混凝土剪力墻，試件兩端設置100×100mm暗柱，所有試件的外形尺寸均相同，剪力墻尺寸為700mm×1 200mm×100mm。火災試驗時，以不同的火燒時間及軸壓力為變化因素，各試件編號及主要參數如表1所示。

表1 試件主要參數

1.2 試驗裝置及過程

本次受火試驗裝置，包括爐體和燃燒控制系統，燃氣經過氣化后，通過管道輸配至爐膛，而后由燃燒控制系統確定空氣和燃氣的燃燒比例。火災試驗過程中所有試件豎向放置，為了模擬剪力墻在實際工程中承受的上部荷載，所有試件在加熱15min之前預加軸向壓力（見表1），并在火災試驗過程中基本保持不變。由于試件受熱膨脹，所以火災試驗進行中需不斷調節千斤頂使所加荷載基本維持不變。達到預定受火時間后，熄火降溫，待試件背火面溫度開始降低時，停止采集數據并卸載。

1.3 測點布置及測量內容

爐內溫度按《建筑構件耐火試驗規范》［1］的規定共放置4個自制的鎳鉻-鎳硅熱電偶絲測量，絲徑為1.5mm，熱電偶絲外套陶瓷管以防止2種電偶絲的接觸和短路。爐內熱電偶布置于兩側壁，距離側壁底部400、800mm處，其熱端與試件迎火面的距離為100mm，深入爐膛內深度50mm。

試件內部溫度通過在試件中預埋自制的20個絲徑為0.5mm的K型熱電偶絲測量，熱電偶具體布置如圖1所示。圖中1、2、3、4和5處，每處都布置4個熱電偶，距離迎火面分別為5、25、50、95mm。

圖2 溫度場分布

圖1 熱電偶布置圖

1.4 升-降溫方式

本次試驗采用液化石油氣升溫，溫度由室溫開始，升溫階段升溫速率依照ISO834標準升溫曲線進行升溫，達到受火時間（見表1）后熄火，鼓風降溫，待試件被火面溫度開始降低時停止采集數據、結束受火試驗。各試件實際爐溫-時間曲線與標準升溫曲線吻合較好。

2 結果分析

實測部分剪力墻內部溫度隨時間變化曲線如圖2所示，其中d表示距離迎火面距離。圖2中距離迎火面不同距離的溫度值為圖1中2、3、4、5位置處距離迎火面相應距離熱電偶顯示溫度的平均值。由圖2可以看出，各試件內部溫度場隨時間變化規律大致相同。點火后，由于混凝土的熱惰性，迎火面附近的混凝土溫度迅速升高，迎火面至25mm范圍內混凝土產生了較大的溫度梯度。而背火面附近的混凝土升溫卻非常緩慢，點火后到20min左右，背火面附近的混凝土溫度基本保持常溫，隨后溫度開始升高。當溫度升高至100℃左右時，出現了明顯的溫度“平臺階”，這是由于混凝土內部水分蒸發及水蒸汽向混凝土內部遷移所導致的。熄火后，迎火面附近的混凝土溫度降低，而距離迎火面較遠處混凝土溫度先緩慢升高，而后才降低。因此，圖2中曲線峰值點不斷“右移”，隨著時間推移，沿墻厚度方向逐漸變為一個均勻的溫度場。由圖2可知，軸壓比對試件溫度場影響不大；混凝土溫度隨著受火時間的延長而增加。

3 結語

對4榀鋼筋混凝土剪力墻進行了單面受火試驗，給出了剪力墻火災下內部溫度場曲線。得到了以下結論：①火災升溫階段，迎火面附件產生了較大的溫度梯度；熄火降溫階段，背火面附近混凝土溫度先緩慢升高，而后降低。②隨著受火時間的延長，鋼筋混凝土剪力墻相同的墻厚處的溫度越高；而火災下軸壓力的大小對溫度場基本無影響。

［1］GB/T 9978.1-2008.建筑構件耐火試驗規范［S］.

［2］段文璽.建筑結構的火災分析和處理（四）——混凝土和鋼筋的高溫特性［J］.工業建筑，1985（11）：50-54.

［3］Khoury GA，Grainger BN，Sullivan PJE.Strain of concrete during first heating to 600℃under load［J］.Magazine of Concrete Research，1985（133）：195-215.

Temperature Distribution of Concrete Shear Wall under Standard Fire Test

Wang Yayu

（North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou Henan 450045）

In this paper,the experimental study on the single side fire of reinforced concrete shear wall under the con?dition of standard fire test was carried out,to study the influence of the time of fire and the axial pressure on the tem?perature distribution,the results showed that the effect of axial pressure on the temperature field was not obvious,and the fire time was longer,the the temperature of concrete at the same thickness was higher.

standard fire test；shear wall；temperature field

TU375

A

1003-5168（2017）02-0115-02

2017-01-16

王亞宇（1991-），男，碩士，研究方向：鋼筋混凝土結構高溫性能研究。