钢筋混凝土板的抗火性能研究进展

钢筋混凝土板的抗火性能研究进展

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；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 火灾下普通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。英国火灾试验场在Regens Park建成，该实验

室可以进行各种构件的抗火性能验和材料性能试验研究，目前，英国拥有世界上

最先进的建筑火灾实验室，可以对达十层的钢结构进足尺抗火性能试验。德国的Thienel和Rostasy研究了高温下混凝土双向受力时的本构关系，试验结果表明，

骨料的最大粒径对高温下双轴强度有较明显的影响。骨料含量及水灰比影响较小，高温下双轴破坏包络线形状类似，但双轴强度随着温度升高而减小。

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 火灾下预应力型钢混凝土板的研究现状

预应力混凝土结构在火灾情况下的力学表现十分复杂，其机理目前研究钢筋

混凝土梁板受力亟待解决的问题。

20世纪60年代，冶金部建筑科学研究进行了高温下混凝土强度的试验研究，

随后编制了《冶金工业厂房钢筋混凝土结构抗热设计规程》，给出了温度在℃范

围内钢筋混凝土结构的设计方法及有关规定。

1973 年，公安部四川消防科学研究所建立了两座燃烧试验炉，对梁、板、柱、墙、吊顶等构件的耐火极限进行试验研究。

1989 年，范维澄院士在中国科技大学领导成立了火灾科学国家重点实验室，

标志着我国的火灾科学研究进入了新的阶段。

进入上世纪90年代以后，同济大学、清华大学、西安建筑科技大学、哈尔滨工业大学、中南大学等单位也开展了火灾方面的研究[6]，在建筑材料的高温下及

高温后热工和力学性能、构件及结构的耐火性能试验与理论、火灾后结构的损伤

评估与修复加固等方面取得了许多重要成果。

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.

基金项目：大学生创新计划项目（X2017139）

作者简介：

陈豹（1993-），男，本科生。

杨志年（1983-），男，工学博士，副教授，主要从事建筑结构抗火研究。