摘要：钢筋混凝土是目前实际工程中应用最广泛的建筑材料，发生火灾时钢筋混凝土板和梁起着重要作用，除自身受到高温作用外，还要防止火势蔓延和结构倒塌，其抗火性能对结构的安全度及稳定性有很大的影响，因此研究钢筋混凝土结构的抗火性能是十分必要的。本文从钢筋混凝土板和梁的抗火性能两个方面进行综述，并对其进一步研究做了展望。
关键词：钢筋混凝土；板；梁；抗火性能
近年来建筑防火设计规范仅对构件的耐火极限提出了某些规定，但对钢筋混凝土结构在火灾下的抗火设计很少提及，致使目前的结构防火设计停滞于单个构件的耐火极限和处方式设计[1]。这些基于试验的“处方式”设计方法只是简单、直观的表述，此类方法便于应用，但是多数缺乏合理、完善的解释，没能从根本上考虑高温作用下混凝土和钢筋材料性能的劣化，对于结构构件在火灾下的实际受力及约束条件等也不能准确的模拟，缺少理论基础，而且现行规范这些“处方式”的规定中，有些条文偏于保守造成实际的浪费、有些条文又失之于安全造成损失，不能满足结构的抗火设计要求[2]。因此研究钢筋混凝土材料的高温性能和结构的抗火性能，通过抗火设计来提高建筑结构的抗火能力具有十分重要的意义。
1 火灾下钢筋混凝土板的试验研究现状
1.1 国外研究现状
国外对钢筋混凝土结构及构件的抗火性能研究进行得比较早，早在1922年Lea和Stradling就在这方面发表了研究成果[3]。美国PCA（Portland Cement Association）于1960年通过抗火试验研究了水平约束力对钢筋混凝土板的抗火性能的影响，试验结果表明，水平约束力能够提高预应力混凝土板和钢筋混凝土板的抗火性能。2000年Bailey对14块预应力混凝土单向板进行了抗火实验研究[4]，板的边界条件为简支，没有水平约束，试验从板的厚度、混凝土类型和板底的保护等几方面进行了研究，指出火灾下板的跨中位移主要由弯曲应力控制。
1.2国内研究现状
国内对钢筋混凝土结构及构件抗火性能的研究起步较晚，20世纪60年代，原冶金部建筑科学研究总院等单位进行过高温中混凝土强度的试验研究，他们调研和分析了高温对厂房结构和烟囱等的影响，并在70年代编制了《冶金工业厂房钢筋混凝土结构抗热设计规程》，公安部消防研究所建成了大型的构件耐火试验装置，主要用于建筑产品检验和结构构件耐火极限的研究，还未涉及到对建筑结构和构件受火行为的研究。八十年代中期开始，清华大学、同济大学、青岛理工大学[5]等单位也纷纷开始建设专用的火灾试验炉，对高温下钢筋和混凝土的本构模型、构件和结构在高温下的反应以及灾后评估修复等问题进行了研究。
2 火灾下钢筋混凝土梁的试验研究现状
建筑结构遭受火灾时，梁三面受火是最常见的情况。这种情况下，梁截面上的温度很不均匀，上下面温度相差悬殊，承受正弯矩的构件为拉区高温，承受负弯矩的构件为压区高温。两者的高温承载力和形变都有很大差异。拉区高温梁和压区高温梁在相同升温条件下，有相同的温度场，但其力学性能相差悬殊。混凝土梁的抗剪承载力也随温度的升高而下降，但下降幅度低于抗弯承载力的下降幅度。常温下属于剪切破坏的构件，在高温作用下转为弯曲破坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆梁内钢筋的保护层能在火灾后有效地降低钢筋温度。适当地加大保护层厚度，可提高构件的抗火能力。但过多增加保护层厚度并不适宜，侧向混凝土保护层厚度增加对抗火性能基本无影响。
孙劲峰，时旭东，过镇海通过三面受热钢筋混凝土梁的荷载试验[6]，绘出了截面拉区高温梁和压区高温梁在高温时和降温后的主要受力性能及其比较。试验和分析表明，拉区高温梁在高温时的承载力和刚度比常温梁严重下降，但降温后因钢筋强度复原、梁承载力大部分可以恢复。而压区高温梁在高温时和降温后的极限承载力接近，且比常温梁下降有限。陆洲导，朱伯龙，周跃华对12根钢筋混凝土梁进行了一面、二面、三面加温的抗火性能试验[7]，研究了不同的荷载、升温曲线、钢筋保护层厚度对简支梁抗火性能的影响。在理论分析上，提出了各种温度场下的弯矩-曲率关系，编制了变刚度有限元非线性全过程分析程序，分析计算了钢筋混凝土梁的内力、挠度的反应，并由试验数据所验证。应建敏，钱在兹研究了受一定荷载作用的钢筋混凝土梁进行高温火烧试验及其残余力学性能测定等情况[8]，然后将这些梁与常温下的同类简支梁进行比较。文中分析和探讨了荷载、高温等因素对钢筋混凝土梁的强度、变形和裂缝等性能的影响。研究表明：受较大荷载作用的梁，在经受较高的温度以后，强度与变形等力学性能将有较大的改变。
3 结语
钢筋混凝土是土木工程中重要的建筑材料，研究钢筋混凝土结构和构件的抗火性能是十分必要的。建筑结构火灾试验的方法可以为人们提供钢筋混凝土在火灾下的变形及破坏过程，同时也为理论分析及数值分析方法提供初步的数据支持和理论指导。发生火灾时钢筋混凝土板和梁是最主要的受火构件，直接影响到温度场计算以及对截面力学性能乃至整个建筑结构承载力的估计，所以对火灾下钢筋混凝土板和梁抗火性能的研究是很有必要的。
参考文献：
[1]李耀庄，唐毓，曾志长.钢筋混凝土结构抗火研究进展与趋势[J].灾害学，2008，23（1）：102-107.
[2]陈礼刚.钢筋混凝土板受火性能的试验研究[D].西安：西安建筑科技大学博士学位论文，2004：28-62.
[3] L.T. Phan，N.J. Carino. Review of mechanical properties of HSC at elevated temperature.J Mater Civil Eng ASCE 1998;10（1）：58-64.
[4]C.G.Bailey，D.S.White，D.B.Moore.The tensile membrance action of unrestrained composite slabs simulated under fire conditions[J].Engineering Structures，2000，22（12）：1583-1595.
[5]高立堂，陈礼刚，李晓东，等.无粘结预应力混凝土板火灾行为的非线性分析[J]. 应用力学学报，2007，23（3）：490-493.
[6]孙劲峰，时旭东，过镇海.三面受热钢筋混凝土梁在高温时和降温后受力性能的试验研究.建筑结构.2002，32（1），34-36.
[7]陆洲导，朱伯龙，周跃华.钢筋混凝土简支梁对火灾反应的试验研究.土木工程学报.1993，26（3），47-54.
[8]应建敏，钱在兹.荷载与高温同时作用下钢筋混凝土梁的试验研究.浙江工学院学报.1993，4，77-84.
作者简介：
肖同（1994-），男，本科生。
通讯作者：杨志年（1983-），男，博士，副教授，主要从事建筑结构抗火研究。
基金项目：国家自然科学基金（51608196）；河北省高等学校科学技术研究项目（QN2016051）；大学生创新计划项目（X2016238）
论文作者:肖同,杨志年,韩建强
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第36期
论文发表时间:2017/3/27
标签：钢筋混凝土论文; 火性论文; 高温论文; 构件论文; 钢筋论文; 火灾论文; 承载力论文; 《北方建筑》2016年12月第36期论文;