第十四次火灾后当量时间单筋梁

第十四次火灾后当量时间单筋梁第1页，共27页，2023年，2月20日，星期三一般步骤：以失火房间为对象调查火灾中实耗可燃物；确定火灾荷载；由房间热平衡方程确定平均温度-时间曲线；确定构件截面温度场；确定构件材料火灾后强度；确定构件剩余承载力

由于影响火灾房间平均温度的通风系数和火灾荷载的不定性，确定房间平均温度，进而确定构件剩余承载力需要专用计算程序。如果能将上述过程统一在标准升温曲线下计算，将会使计算工作大为简化

2、火灾房间平均温度-时间曲线计算

2．1火灾荷载、通风系数

第2页，共27页，2023年，2月20日，星期三可燃材料单位发热量R（MJ/kg）

名称R名称R名称R名称R无烟煤34油毡20赛璐珞19聚丙烯43石油沥青41泡沫橡胶37环氧树脂34聚氨脂23纸及制品17异戊二烯橡胶45三聚氰胺树脂18聚氯乙烯17炭35石蜡47苯酚甲醛29甲醛树脂15衣服19橡胶轮胎32聚脂31汽油44煤、焦炭31丝绸19聚脂纤维21柴油41第3页，共27页，2023年，2月20日，星期三软木29稻草16聚乙烯44亚麻籽油39棉花18木材19甲醛泡沫塑料14煤油41谷物17羊毛23聚苯乙烯40焦油38油脂41合成板18石油41苯40橱房废料18ABS36泡沫塑料25甲醇33皮革19聚丙烯28聚碳酸脂29乙醇272．2火灾房间平均温度-时间曲线计算

3．实际火灾中钢筋混凝土柱截面温度场计算

第4页，共27页，2023年，2月20日，星期三4．钢筋砼结构火灾后剩余承载力的当量时间

4．1火灾后钢筋和混凝土的强度

国际建筑科研与文献委员会第十四分（CIBW14）研究结果，热轧钢筋受热不超过600℃时，冷却后强度完全恢复；当受热温度为700℃时，冷却后强度为常温强度的80%。我国公安部四川消防科学研究所也得到同样结果

四川消防科学研究所根据试验研究对混凝土受火后的强度

温度/℃1002003004005006007008000.870.940.760.620.50.380.280.17第5页，共27页，2023年，2月20日，星期三4.2实际火灾后混凝土柱的剩余承载力

火灾后钢筋混凝土结构的加固补强主要是补足因混凝土受火后的强度损伤,所以评估火灾对钢筋混凝土构件的强度损伤可选择素混凝土构件

在所有构件中轴心受压构件混凝土强度的作用最为充分，以轴心受压混凝土柱为对象来评估火灾温度对钢筋混凝土结构的影响

4.3标准火灾后混凝土柱的剩余承载力

第6页，共27页，2023年，2月20日，星期三第7页，共27页，2023年，2月20日，星期三数值计算表明，当用于对比的柱截面400*400mm改变为300*300mm时，当量时间数值稍微变化

回归平均误差为2.5%

5．结论

给出的当量时间,可方便地用于钢筋混凝土结构火灾后的剩余强度评估，避免了直接使用房间热平衡所得温度-时间曲线作为构件的受火条件解算截面温度场，使火灾后结构强度鉴定工作大为简化

第8页，共27页，2023年，2月20日，星期三第四节单筋矩形梁正截面承载力计算

一、试验研究

火灾时正截面有两种可能的破坏形式：适筋破坏和超筋破坏

1、适筋破坏（1）梁承受给定荷载P后，受拉钢筋产生初始拉应力，受压区砼产生初始压应力

（2）（3）当受拉区受火时，钢筋强度降低快于砼第9页，共27页，2023年，2月20日，星期三（4）构件的初始应力状态基本保持不变，内力臂也不变。此时，即使砼的应力图形有所改变，也将维持合力和形心位置不变(M不变）（5）砼被压碎而截面破坏

（6）当受压区受火时：

若梁的配筋率不是太高，在砼的最大压应变达到其极限压应变前，钢筋应力将达到屈服强度。此后梁的破坏过程与受拉区受火时相同

第10页，共27页，2023年，2月20日，星期三适筋破坏：钢筋先屈服混凝土后压碎的破坏形式。此时，截面承载力主要取决于受拉钢筋

跨中截面即受拉区受火时截面的破坏肯定是适筋破坏

支座截面即受压区受火时既可能发生适筋破坏，也可能发生超筋破坏

2、超筋破坏

超筋破坏：受拉钢筋屈服前由于受压区混凝土被压碎引起的破坏，只发生在支座截面

第11页，共27页，2023年，2月20日，星期三（1）当受压边缘处的砼的抗压强度随温度升高而降低到该处砼的初始压应力时，该处砼就会向其内侧砼纤维卸荷，进入应力应变曲线的下降段，砼的应力图形开始改变（2）随砼的强度降低，应变发展，受压区高度增加，内力臂变小，所以钢筋应力必然增大。（3）当配筋率较高或钢筋得到较好保护时（十字形或花蓝形），钢筋温度降低不大，而混凝土应变在不断发展，最终必然会使受压边缘处的砼应变达到极限压应变，砼被压碎而截面破坏。（4）此时钢筋的应力尚未达到屈服强度。（5）截面承载力由受压区砼控制

第12页，共27页，2023年，2月20日，星期三在受弯构件耐火试验中，除上述两种破坏形式外，尚未发现因钢筋和混凝土之间的粘结力破坏引起的破坏形式

二、基本假定

1、高温下钢筋的应力应变曲线

2、混凝土高温下的应力应变曲线

3、截面应变为线性分布

4、受拉区拉力全由钢筋承担

5、用截面宽度折减系数把受压区折算成阶梯形（受压区受火）和矩形（受拉区受火）

第13页，共27页，2023年，2月20日，星期三三、适筋梁受压区最大计算高度当受拉钢筋达到屈服（）的同时，受压区混凝土刚好被压碎（）是适筋破坏和超筋破坏的界限，此时受压区计算高度为适筋梁的最大计算高度

第14页，共27页，2023年，2月20日，星期三混凝土应变增大系数取1.5，钢筋的温度取各根钢筋的加权平均值

梁为适筋破坏梁为超筋破坏第15页，共27页，2023年，2月20日，星期三四、截面抵抗弯矩计算

采用的假定和常温下的假定相同或相似，不同处是支座截面的受压区为阶梯形

常温下，矩形截面的分析结果可推广到T形截面和圆形截面，高温时矩形分析结果也可近似推广到受压区为阶梯形的支座截面承载力计算

1、受拉区受火时抵抗弯矩的计算

1.1——考虑混凝土后期强度的系数

第16页，共27页，2023年，2月20日，星期三跨中截面肯定发生适筋破坏，必然满足

当截面为十字形或花蓝形时，由于受压区受到楼板保护，取

2、受压区受火时抵抗弯矩的计算

否则，第17页，共27页，2023年，2月20日，星期三当手算时，可采用下述三个步骤

（1）判断中和轴大致位置

若则（2）求中和轴准确位置

第18页，共27页，2023年，2月20日，星期三阶梯形高：受压区分为一个阶梯形和一个矩形

其面积系数：

形心距：

矩形高：宽度：（3）求抵抗弯矩

把阶梯形和矩形受压面积上混凝土合力分别对受拉钢筋取矩，然后相加即得抵抗弯矩

第19页，共27页，2023年，2月20日，星期三令第20页，共27页，2023年，2月20日，星期三当为十字形或花蓝形时，钢筋受到楼板保护

单筋梁承载力计算步骤:1、受拉区受火(跨中截面)1）查表确定钢筋温度2）计算钢筋热态缩减截面第21页，共27页，2023年，2月20日，星期三3）查表确定受压区宽度折减系数4）计算受压区计算高度5）计算极限弯矩2、受压区受火(支座截面)1）查表确定钢筋温度2）计算钢筋热态缩减截面第22页，共27页，2023年，2月20日，星期三3）判断中和轴大致位置

4）计算中和轴准确位置

5）计算抵抗弯矩

第23页，共27页，2023年，2月20日，星期三①适筋破坏：第24页，共27页，2023年，2月20日，星期三②超筋破坏：第25页，共27页，2023年，2月20日，星期三例：钢筋混凝土简支梁，梁外抹灰20mm，配3Φ20钢筋，，C20，

，试求受标准火烧1.5h时的承载力，并与常温下的承载力比较。例题研究第26页，共27页，2023年，2月20日，星期三思考题：1、单筋矩形梁