1、火灾作用时间对火灾后预应力型钢混凝土梁承载性能试验研究及理论分析摘要：火灾高温作用下混凝土、型钢、普通钢筋及预应力钢筋的材料性能劣化严重，自然冷却后，其材料性能有一定程度的恢复。为分析不同因素对火灾作用后预应力型钢混凝土梁承载性能的影响大小，本文对经历不同火灾作用时间的预应力型钢混凝土梁与普通预应力型钢混凝土梁的进行了抗弯承载力对比试验，并对试验现象产生过程及原因进行了分析。 关键词：预应力，型钢混凝土，承载性能，理论分析 中图分类号：X928 文献标识码： A 文章编号： 1 试验方案 本试验是在火灾作用下预应力型钢混凝土梁承载性能试验的基础上进行的。加载试验采用反力架加载装置，在构件上加设
2、一分配梁，分配梁下设两滚轴以形成两点对称加载，其中加载点距离为 1000mm，试验装置如图 1-1；位移计布置如图 1-2；每级荷载施加后稳定 5min，待加载值稳定后开始读取位移计示数，并观察构件裂缝开始情况及变形情况。梁的设计参数如表 1-1；加载分级表如表 1-2。 表 1-1 梁的设计参数 注：4 根预应力型钢混凝土梁采用相同的截面尺寸：；内配热轧 H 型钢：；受拉区普通钢筋采用 214，受压区普通钢筋采用 212，箍筋采用，预应力钢绞线采用低松弛钢绞线（， ） 。试件为后张有粘结预应力型钢混凝土简支梁，钢绞线采用直线配筋。 图 1-1 火灾作用后试验加载装置图 图 1-2 位移计布置
3、图 表 1-2 试件 F-PSRCB7 加载分级表 2 火灾作用后预应力型钢混凝土梁承载性能试验现象及分析 2.1 试件破坏形态 对于 F-PSRCB1、4、7 构件，经历过 90min 火灾高温作用，F-PSRCB4经历过 90min 火灾与荷载的耦合作用。荷载加载至 30kN 时，加载点处及跨中出现五条竖向裂缝，裂缝宽度很小，沿截面高度其长度约 40mm。而F-PSRCB4 构件，加载至 20kN 时就出现此现象；加载至 90kN 时，跨中部位出现大量裂缝，最大裂缝宽度约 0.2mm，长度约 150mm，局部混凝土脱落至箍筋外露。而 F-PSRCB4 构件，加载至 85kN 时就出现此现象
4、；加载至 105kN 时，跨中顶部受压区混凝土边缘开始出现水平裂缝，跨中底部除混凝土脱落后的部位之外，并没有新的裂缝出现；加载至 125kN 时，构件挠度显著增加，梁底及侧面混凝土大面积脱落，跨中受压区混凝土边缘被压碎，千斤顶开始卸载，构件达到极限破坏状态。 F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 三个构件同时经历过 120min 火灾高温作用，相对于 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7 三个构件，其火灾后承载性能试验过程中有着相似的破坏形态。荷载加载至 20kN 时，加载点及跨中出现数条微小裂缝，裂缝宽度不大，沿截面高度其长度约 50mm；在之后的加载过程中，
5、裂缝宽度及长度的开展并不明显，继续加载至 60kN时，局部混凝土脱落严重，且有箍筋露出；加载至 85kN 时，跨中部位出现大量裂缝，原有裂缝的宽度及长度都有明显增长，最大裂缝宽度约0.2mm，长度约 150mm；加载至 100kN 时，跨中顶部受压区混凝土边缘开始出现水平裂缝，此时构件挠度并不大，除混凝土脱落后的部位之外裂缝开展及延伸情况不明显；加载至 120kN 时，构件挠度显著增加，梁底及侧面混凝土大面积脱落，跨中受压区混凝土边缘被压碎，千斤顶开始卸载，构件达到极限破坏状态。 2.2 裂缝出现及开展规律 与构件 F-PSRCB8 裂缝的出现及开展规律相比，F-PSRCB1、2、4、5、7、
6、9 构件经历过不同时间的火灾高温作用，自然冷却后，除混凝土外其他材料的力学性能有很大程度的恢复，所以裂缝的开展规律与常温构件相似。对于 F-PSRCB4 构件，在火灾与荷载耦合作用下，梁底早有裂缝开展，实验完毕自然冷却后裂缝闭合，在施加荷载时裂缝会重新开展。构件 F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 与构件 F-PSRCB1、F-PSRCB7 相比有着相同的裂缝开展规律，但因为经受了 120 分钟的火灾高温作用，受拉区的混凝土、普通钢筋、型钢及预应力钢筋力学性能劣化要严重很多，故在同等荷载状态下构件 F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9的裂缝开展情况要明显早于构
7、件 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7。 2.3 实测荷载挠度曲线及变形规律比较 2.3.1 受火作用时间对构件承载性能的影响 F-PSRCB8 与 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7、F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 构件的实测荷载挠度曲线比较，如图 4-8 所示： a 2 号位移计荷载-挠度曲线 b 3 号移计荷载-挠度曲线 图 4-8 F-PSRCB1、2、4、5、7、8、9 构件荷载-挠度曲线 由图可见，在同一级荷载作用下，经受过火灾高温作用的 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7、F-PSRCB2、F-PSRCB
8、5、F-PSRCB9 六个构件跨中挠度明显大于 F-PSRCB8 构件。F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 三个构件受火作用时间为 120min，在同级荷载作用下的变形要大于受火高温作用时间为 90min 的 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7 构件。试件PSRCB8 最终破坏时的极限弯矩为 210；试件 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7 最终破坏时的极限弯矩为 187.5，其极限弯矩下降了 10.7%；试件F-PSRCB2、F-PSRCB9 最终破坏时的极限弯矩为 150，试件 F-PSRCB5 最终破坏时的极限弯矩为 172.5，其极
9、限弯矩分别下降了 28.6%、17.8%；在每级荷载下，试件 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7 之间的跨中挠度以及试件 F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 之间的跨中挠度相差不大，基本维持在 10%左右。 4.4 初步结论 通过对火灾作用后预应力型钢混凝土梁与常温下预应力型钢混凝土梁的的承载性能对比试验，总结了火灾作用后预应力型钢混凝土梁的破坏形态、承载性能劣化及裂缝开展规律，初步研究结论如下： 1.与常温构件相比，经历火灾高温作用的 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7、F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 构件裂缝开展规
10、律与常温构件相似。但因为高温作用对材料性能劣化的影响，经历火灾高温作用的构件裂缝开展较常温构件早。并且，火灾作用时间越长，裂缝开展越早。 2.通过常温试件 PSRCB8 和受火后试件 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7、F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 的极限弯矩对比可以看出，受火作用 90 分钟后 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7 三个构件的极限弯矩降低了 10.7%，受火作用 120 分钟后 F-PSRCB2、F-PSRCB9 二个构件的极限弯矩降低了 28.6%，F-PSRCB5 极限弯矩降低了 17.8%，总体上承载力降低并不大
11、，原因是经过本次三面受火升温试验，经历高温后的构件损伤最严重的是中下部混凝土、钢筋和型钢下翼缘，损伤最严重的混凝土位于受拉区，对于极限弯矩的贡献不明显，下部钢筋和型钢下翼缘在经历一定限度的高温后强度和弹性模量得到一定恢复，即钢材对极限弯矩的贡献得到了部分恢复，故截面极限抗弯承载力降低并不大。 3. 通过常温试件 P-SRCB8 和受火灾作用 F-PSRCB1、F-PSRCB4、F-PSRCB7、F-PSRCB2、F-PSRCB5、F-PSRCB9 构件的挠度变化规律可以看出:经历火灾作用的试件跨中挠度要大于常温构件，因为火灾可以降低混凝土材料的弹性模量从而导致构件刚度降低。火灾高温作用的时间越
12、长，试件在同级荷载下其挠度挠度值偏大，但差值在 10%以内。 参考文献 1傅传国. 预应力型钢混凝土简支梁受弯性能试验研究 J.建筑结构学报, 2007, 28(3):62-73. 2傅传国，娄宇著.预应力型钢混凝土结构试验研究及工程应用.北京：科学出版社，2007 3李国强，韩林海，楼国彪等著.钢结构及钢-混凝土组合结构抗火设计M.中国建筑工业出版社.2006; 4吴波.火灾后钢筋混凝土结构的力学性能M.北京：科学出版社,2003; 5过镇海，时旭东.钢筋混凝土的高温性能及其计算.清华大学出版社，2003 6熊学玉，蔡跃，黄鼎业.火灾下预应力混凝土结构极限承载力计算方法.自然灾害学报.2005，14（2）
