标准耐火试验加热条件下混凝土剪力墙温度场分布

王亚宇

（华北水利水电大学，河南郑州 450045）

标准耐火试验加热条件下混凝土剪力墙温度场分布

王亚宇

（华北水利水电大学，河南郑州 450045）

本文开展标准耐火试验加热条件下钢筋混凝土剪力墙单面受火试验，研究受火时间和轴压力的大小对温度场分布的影响，结果表明：轴压力大小对温度场影响不明显，而受火时间越长，相同厚度处混凝土温度越高。

标准耐火试验；剪力墙；温度场

近年来，随着高层建筑的日益增多，钢筋混凝土剪力墙结构或以剪力墙为主的结构体系以其良好的抗震性能被广泛应用。火灾作用下，剪力墙不仅承受竖向荷载作用，而且充当防火墙的功能。因此，隔热性是剪力墙防火安全设计中需要考虑的重要因素之一［1］。为了判定剪力墙的隔热性能，需要首先确定其截面温度场。另外，钢筋和混凝土材料的高温力学性能与其遭受温度有着密切的关系［2，3］。因此，无论是进行火灾下钢筋混凝土结构的力学反应分析，还是针对火灾后结构进行损伤评估和修复加固，都需要首先确定结构的温度场分布。本文针对4榀钢筋混凝土剪力墙进行单面受火试验，对其截面温度场进行测量研究，以期为钢筋混凝土剪力墙的温度场研究提供试验数据。

1 试验设计

1.1 试件设计

本次试验共设计4榀钢筋混凝土剪力墙，试件两端设置100×100mm暗柱，所有试件的外形尺寸均相同，剪力墙尺寸为700mm×1 200mm×100mm。火灾试验时，以不同的火烧时间及轴压力为变化因素，各试件编号及主要参数如表1所示。

表1 试件主要参数

1.2 试验装置及过程

本次受火试验装置，包括炉体和燃烧控制系统，燃气经过气化后，通过管道输配至炉膛，而后由燃烧控制系统确定空气和燃气的燃烧比例。火灾试验过程中所有试件竖向放置，为了模拟剪力墙在实际工程中承受的上部荷载，所有试件在加热15min之前预加轴向压力（见表1），并在火灾试验过程中基本保持不变。由于试件受热膨胀，所以火灾试验进行中需不断调节千斤顶使所加荷载基本维持不变。达到预定受火时间后，熄火降温，待试件背火面温度开始降低时，停止采集数据并卸载。

1.3 测点布置及测量内容

炉内温度按《建筑构件耐火试验规范》［1］的规定共放置4个自制的镍铬-镍硅热电偶丝测量，丝径为1.5mm，热电偶丝外套陶瓷管以防止2种电偶丝的接触和短路。炉内热电偶布置于两侧壁，距离侧壁底部400、800mm处，其热端与试件迎火面的距离为100mm，深入炉膛内深度50mm。

试件内部温度通过在试件中预埋自制的20个丝径为0.5mm的K型热电偶丝测量，热电偶具体布置如图1所示。图中1、2、3、4和5处，每处都布置4个热电偶，距离迎火面分别为5、25、50、95mm。

图2 温度场分布

图1 热电偶布置图

1.4 升-降温方式

本次试验采用液化石油气升温，温度由室温开始，升温阶段升温速率依照ISO834标准升温曲线进行升温，达到受火时间（见表1）后熄火，鼓风降温，待试件被火面温度开始降低时停止采集数据、结束受火试验。各试件实际炉温-时间曲线与标准升温曲线吻合较好。

2 结果分析

实测部分剪力墙内部温度随时间变化曲线如图2所示，其中d表示距离迎火面距离。图2中距离迎火面不同距离的温度值为图1中2、3、4、5位置处距离迎火面相应距离热电偶显示温度的平均值。由图2可以看出，各试件内部温度场随时间变化规律大致相同。点火后，由于混凝土的热惰性，迎火面附近的混凝土温度迅速升高，迎火面至25mm范围内混凝土产生了较大的温度梯度。而背火面附近的混凝土升温却非常缓慢，点火后到20min左右，背火面附近的混凝土温度基本保持常温，随后温度开始升高。当温度升高至100℃左右时，出现了明显的温度“平台阶”，这是由于混凝土内部水分蒸发及水蒸汽向混凝土内部迁移所导致的。熄火后，迎火面附近的混凝土温度降低，而距离迎火面较远处混凝土温度先缓慢升高，而后才降低。因此，图2中曲线峰值点不断“右移”，随着时间推移，沿墙厚度方向逐渐变为一个均匀的温度场。由图2可知，轴压比对试件温度场影响不大；混凝土温度随着受火时间的延长而增加。

3 结语

对4榀钢筋混凝土剪力墙进行了单面受火试验，给出了剪力墙火灾下内部温度场曲线。得到了以下结论：①火灾升温阶段，迎火面附件产生了较大的温度梯度；熄火降温阶段，背火面附近混凝土温度先缓慢升高，而后降低。②随着受火时间的延长，钢筋混凝土剪力墙相同的墙厚处的温度越高；而火灾下轴压力的大小对温度场基本无影响。

［1］GB/T 9978.1-2008.建筑构件耐火试验规范［S］.

［2］段文玺.建筑结构的火灾分析和处理（四）——混凝土和钢筋的高温特性［J］.工业建筑，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

王亚宇（1991-），男，硕士，研究方向：钢筋混凝土结构高温性能研究。