表面设置钢板加固钢筋混凝土梁耐火性能试验分析.pdf

消 防 安 全Maritime Safety 水上安全109基金项目：湖南省自然科学基金资助项目（2022JJ50072）；国家留学基金资助项目（202008430236）；湖南省大学生创新创业训练计划项目（S202311535105）。第一作者简介：欧蔓丽，女，硕士，副教授，研究方向为结构工程、防灾减灾及防护工程。表面设置钢板加固钢筋混凝土梁耐火性能试验分析欧蔓丽1,2，曹伟军1,2，王 将1，史宪鹏1，陈绿梅1（1.湖南工业大学 土木工程学院，湖南 株洲 412007；2.既有工程结构安全风险智慧管控湖南省重点实验室，湖南 株洲 412007）摘要：外置钢板加固法的加固对象主要是钢筋混凝土梁，该方法施工便捷且造价成本较低，能够大量节省空间且加固效果也表现良好。在本文中就探讨了高温状态下钢筋混凝土材料的性能表现，基于外置钢板加固法来展开钢筋混凝土梁的抗火性能试验，最后总结外部高温火灾作用下外置钢板加固法的技术应用可行性。关键词：外置钢板加固法；钢筋混凝土梁；抗火性能试验；高温火灾；可行性0 引言在工程项目施工中，必须对某些受弯构件进行加固，为此就需要采用到外置钢板加固法。目前该技术方法应用非常广泛，它不仅仅能够在常温状态下研究受弯构件力学性能，同时也能满足高温火灾状态中的力学性能分析，体现外置钢板加固法技术应用优势价值。1 高温火灾状态下的钢筋混凝土梁结构材料性能与力学性能概述1.1 高温火灾状态下的钢筋混凝土梁结构材料的力学性能目前建筑工程项目中多采用钢筋混凝土梁，其中在高温火灾状态下专门采用外置钢板加固法。其力学性能与外置钢板加固效果息息相关，在此方法中，必须确保钢板与基层混凝土黏结牢固，以保证良好的加固效果。然而，在高温火灾条件下，钢筋混凝土梁的材料力学性能将明显变化1。1.2 高温火灾状态下的钢筋混凝土梁结构材料的材料性能众所周知，钢筋混凝土梁在高温条件下通常具有良好的力学性能，这种性能主要受含水率、骨料配合比以及矿物成分等因素的影响。为此，如果温度在100、200300、400、600 以及 800 不同温度状态下，钢筋混凝土梁结构材料的材料性能表现都是不同的。就是 100 状态下而言，钢筋混凝土梁结构材料的内部水分开始蒸发，同时出现内部裂缝与空隙。在经过加载后裂缝尖端也会形成应力集中情况，混凝土本身强度也会大幅度降低；如果是在 800 状态下，钢筋混凝土梁结构材料会达到性能极限，此时材料会基本丧失抗压强度。为此，结合高温状态下的抗压强度试验活动开展非常有必要，材料的弹性模量会显著减小2。2 基于外置钢板加固法的钢筋混凝土梁抗火性能试验分析要基于外置钢板加固法来对钢筋混凝土梁结构材料展开抗火性能试验，下文结合多点来谈：2.1 测量炉温首先要测量炉温，对带有防火层的钢筋混凝土梁结构材料展开分析，展开抗火试验操作。在试验中，通常我们会在炉内均匀分布多个热电偶，以确保实时测量炉温的工作得以充分实施。这涉及在不同测点测量炉温温度，计算炉温的平均值、最小值和最大值，然后根据这些数据设计和制定标准的升温曲线。消 防 安 全水上安全 2023 年 第12 期110在测量炉温过程中，需要在整个抗火性能试验过程中实时测量炉温温度值，以评估标准升温曲线的匹配程度，保证吻合度始终保持良好。如果在受火之前大约 30 min 时，则需要分析实测炉温情况来分析标准升温曲线，分析曲线波动情况。同时测量炉温也需要结合实测炉温分析标准升温曲线的上下波动情况，确保其波动幅值控制在 100 以内，因此测量炉温持续时间会相对偏短。具体来讲，要基于大部分时间段对炉温内容进行调整，思考标准升温曲线变化，了解炉温与标准升温曲线之间形成良好拟合成果，提高炉温测量作业水平3。在具体的抗火性能试验过程中，也需要了解其中的短暂炉温波动情况，为标准升温曲线升温速率与升温变化情况展开分析。在这一过程中，也需要思考人工调节炉的正确应用方法，分析炉温波动变化情况。在分析钢筋混凝土梁结构材料展开分析过程中，此外，还需要确保试件上的防火保护层得到妥善配置，并处于正确的位置。通过仔细分析炉温在试验过程中的变化，以保证标准升温曲线能够与实际情况完美契合4。2.2 开展宏观试验要分析钢筋混凝土梁结构材料的试件内容，在试验之前采用端部探针与游标卡尺来实施防火保护，确保保护层厚度控制在 12 mm 左右。在该过程中，也要分析原始检测数据，了解涂料厚度整体分布均匀情况，同时思考局部偏厚或者变薄等等现状问题。在分析原始检测数据，了解涂料厚度整体均匀分布基础上，也需要分析其中涂层局部过厚或者过薄现象情况，所以应当采用合格防火涂料，保证施工质量合格5。在涂料施工完毕后，则需要在一定室温条件下养护超过6 个月，确保抗火试验到位，结合试件涂料情况分析，分析室温条件下养护超过 6 个月的抗火试验情况，保证试件加载到位。具体来讲，宏观试验主要围绕高温试验现象与试验结果展开分析，主要结合试件内容来调整轻微开裂情况。如果其受火时间控制在 5 min 左右，则需要结合试件试验现象内容展开分析，了解涂料表面颜色从灰色逐渐转为深色情况。如果受火时间超过 120 min，在梁的侧跨中位置需要对防火保护涂料进行调整，分析其在高温条件下的开裂、起鼓和局部脱落情况，了解脱落量变小情况，分析试验炉冷却情况，将其控制在 17 h 范围内6。2.3 分析温度变化情况要分析钢筋混凝土梁结构材料的温度变化情况，做好测量工作，了解带防火保护层的试件变化情况，测量并提出电偶实测温度与时间变化曲线。通过上述各截面的热电偶实测温度-时间曲线，可以明确各试件和各截面的升温特性以及温度场分布特性呈现出相似的趋势。为了深入研究试件性能，必须综合考虑防火保护层的分析。分析不同阶段的钢筋混凝土梁结构变化情况。首先是初始阶段，要保证受火之前 15 min 分析钢筋混凝土梁与纵向钢筋的温度变化情况，如果温度并没有上升，则需要对防火保护层涂料与外层钢筋混凝土梁结构材料进行处理，确保其隔热作用效果优化到位，基于混凝土分析内部温度变化情况，思考其温度是否呈现出明显升高情况。再分析平台期情况，如果混凝土温度已经达到100 左右，则需要调整温度缓慢增长情况，了解其温度持续增长时长大约在 30 min 左右。通过多阶段混凝土分析，我们考察了水分的大规模蒸发和迁移情况。这一过程中，大量的水分蒸发会带走相当多的热量，从而直接导致试件的升温速率相对较缓。最后，在发展阶段情况的分析中，当混凝土内的自由水蒸发完成并温度超过 100 后，我们观察到温度恢复速度明显增加。随着温度的升高，混凝土的热容减小，混凝土和钢筋的温度呈近乎线性上升趋势。要参考整个试验过程来展开不同钢筋混凝土梁机构材料的温度测点变化，了解多根试件平台温度相对接近这一现实情况。在分析平台期后混凝土测点温度分析较大离散化问题过程中，也需要保证测点温度控制在 40 范围内。在试验结束时，必须确保温差的最大值保持在约 100 左右。这需要结合考虑热电偶固定过程中位置偏差的分析，以理解混凝土浇筑过程中的分析位置变化情况，同时需要考虑不同测点实际深度的不一致情况。由于不同试件中的热电偶截面实测温度存在差异，因此在平台期后，纵向钢筋温度应该保持与混凝土测点温度基本一致，以确保平台期后，钢筋混凝土梁结构的温度明显高于混凝土温度。这一现象主要是因为混凝土温度测点的热电偶端部距离梁边距离相对较大，明显大于混凝土保护层的整体厚度。为了解决这个问题，需要基于纵筋位置进行分析，确保梁底面距离相等，并同时优化混凝土温度测点的位置调整。另外，在双向传热位置的分析中，需要充分考虑吸收大量热量信息。在分析标准升温线并在 180 min 内加载时，必须对受拉钢筋与混凝土温度的变化进行纵向分析，将其控制在 300 左右。尽管混凝土抗压强度未显著下降，钢筋强度略有下降，但仍具有大约 80%的剩余强度，这表明构件的承载能力并未大幅下降。如果受火时间超过 180 min 以后，则需要分析钢板温度达到 600 上下，要结合锚栓温度展开分析，了解其是否达到 600。在分析锚栓钢板时，必须确保钢板加固体系的强度达到大约 40%水平。为展开分消 防 安 全Maritime Safety 水上安全111析，可设置防火保护层试件，以保证结合试验过程来分析防火保护层试件升温速率较低的情况。若使用较厚的厚型钢结构防火性能涂料，需要基于其较低的热传导率来分析保护材料，以理解试件升温速度较慢的问题，并设计考虑耐火极限的解决方案。在比较分析防火保护层温度与时间曲线时，还需要确保防火保护层试件已进行优化调整，并调整到适当位置。2.4 耐火极限对比分析在分析外置钢板加固钢筋混凝土梁结构材料过程中，也需要确保耐火极限对比分析到位，了解带防火保护层试件跨中挠度，将其控制在 44 mm，分析破坏时挠度尺寸控制在 110 mm 左右。在分析弯曲变形速率最大值分析其 0.4 mm/min 过程中，也需要结合耐火极限设置防护保护层，保证其耐火极限至少在 3 h 以上。例如普通锚栓有机胶的加载值为 250 kN，那么黏钢加固的加载值就应该为 200 kN，二者的跨中挠度则分别为 43.2 mm 和 24.8 mm。要结合防火保护层分析并提高耐火极限，配合黏钢加固技术方法来保证荷载比控制在 0.48 左右，同时受火时间控制在 3 h 以上，避免试件挠度被破坏。3 基于外置钢板加固法的钢筋混凝土梁抗火性能试验应用可行性基于外置钢板加固法来分析钢筋混凝土梁抗火性能试验过程中，也需要分析技术应用可行性，下文简单分析两点。3.1 外置钢板加固法中防火保护层构件的应用影响分析需要综合考虑防火涂料的性能，以进行加固技术方式的全面分析，以深入了解构件温度场的影响情况。同时，结合具体的构件位置来分析温度测量结果，以得出深刻的分析结论。在试件截面分析中，应选择代表性的温度测点，以深入研究防火保护层和加固方式对构件混凝土、纵筋和加固钢板的影响，并形成详尽的分析报告。3.2 外置钢板加固法中防火保护层混凝土温度的应用影响分析需要结合承受弯矩荷载来分析钢筋混凝土梁结构材料，思考其受压区域的抗压强度变化，有效制约构件的迹象承载力，为了更深入了解火灾中的耐火极限问题，需要选择不同试件的混凝土温度测点变化，并进行详细的对比分析。这些测点距离混凝土外边界大约在 40 ms 左右。这将帮助我们设计温度时间曲线，以确保测点外部混凝土温度明显下降。另外，对于带有防火保护层的试件，测点附近的混凝土强度仍未明显下降。这表明防火涂料具有出色的隔热效果，能够显著减少火灾情况下构件混凝土材料的温度，从而提高其耐火极限。总的来说，需要结合实际测量数据，对钢筋温度与时间曲线的纵向变化进行深入分析，以更全面地理解防火保护层对纵筋温度的显著降低效果。未加防火保护层的试件，即使纵筋保护层厚度合规，50 min 后纵筋强度仍开始下降；而按照 2 h 耐火极限要求进行防火保护的试件，即使经过 3 h 的火灾暴露，纵筋强度仍未显著下降。这说明防火保护层的有效性，能够显著提高构件的耐火极限。综上所述，采用厚型钢结构防火涂料保护层显著降低构件混凝土、钢筋、加固钢板和锚栓的温度，提高耐火极限。未设置防火措施的外置钢板加固结构和带防火层的粘钢加固结构不适宜高温环境。但锚栓钢板结构可根据设计耐火极限采取防火措施，确保高温环境下的安全使用。无机锚固胶由于耐火性能适用于高温环境的外置钢板加固。这一结论基于温度和耐火性能分析，为加固结构在火灾中的安全提供科学支持。4 结束语在本文看来，需要不断加强外置钢板加固技术应用，思考其在抗火性能试验中的实践应用要点，研究其抗火性能变化。在这一过程中，需要积极推广和不断完善外置钢板加固技术，包括使用不同类型的外置钢板进行加固，并利用足尺钢筋混凝土梁结构材料进行试验操作，以满足不同工程项目的需要。这一措施有助于促进外置钢板加固技术的广泛应用，提高结构的安全性和性能。5 参考文献1 中交瑞通建筑工程有限公司,中交路桥建设有限公司.伸缩缝两侧剪力墙模板的加固结构以及剪力墙结构:CN202220024137.0P.2022-06-17.2 南京东南建设工程安全鉴定有限公司.加固钢筋混凝土梁结构:CN202121729660.5P.2022-01-14.3 张剑瑞,曹家乐,王彦鹏,等.超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁抗剪性能J.科学技术与工程,2022,22(19):8421-8430.4 王勃,张振.FRP-ECC 加固钢筋混凝土梁受弯性能研究 J.低温建筑技术,2022,44(4):99-103.5 王子超,蔡联亨,田帅.FRP 网格加固钢筋混凝土梁抗剪计算公式的对比分析 J.四川建筑科学研究,2022,48(3):36-42.6 欧蔓丽,曹伟军,蒋隆敏,等.表面设置防火涂料的 RC柱抗火性能分析研究及应用J.科技通报,2012.28(10):76-80.