修改时间：2019年08月30日14:47:35电脑XF-E排图文WB校对消防理论研究剪弯段开孔RC梁高温后受力性能试验苗生龙1，何超2，申千烨2，赖宝帮2，杨超2，林佳慧2（1.中国矿业大学徐海学院，江苏徐州221008；2.中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏徐州221116）摘要：为研究温度对剪弯段开孔的钢筋混凝土梁受力性能松、蔡健等对开孔梁进行了加载试验，分析了孔洞位置、孔的影响，对4根经历不同温度的开孔梁的受力性能进行了试验研洞大小、孔洞间距和孔洞形状等对梁破坏形态、承载力等究。结果表明，剪弯段开孔的梁由于孔洞的削弱发生剪压破坏，而的影响，并给出了开孔梁抗剪承载力计算公式，结果表明未开孔梁则发生受弯破坏。相比未开孔梁，常温开孔梁的承载力建议公式与试验结果吻合较好，并具有适当的安全储备，出现较大幅度的降低，降低约16.2%。经历温度越高，开孔梁的可供实际工程设计参考。李青等考虑不同的孔径，对剪弯开裂荷载和极限荷载的降幅越大。温度对梁开裂荷载的影响略大段开孔混凝土梁及孔洞填补、加固后的开孔梁进行了试验于对极限荷载的影响，且温度越高，影响越明显。研究，分析了孔径、填补材料及加固方法对开孔梁受力性关键词：开孔梁；高温；受力性能；混凝土能的影响。刘荣桂等将试验结果和有限元分析结果进行中图分类号：X913.4，TU311，TU312文献标志码：A对比，给出了混凝土开孔梁的抗裂验算公式。古松等对现文章编号：1009-0029（2019）09-1204-04有的一些开孔梁抗剪计算方法进行了比较，提出了一种合理的开孔梁斜截面强度的计算方法。在建筑物中采取暖通空调等管线从梁腹中穿行的措混凝土结构在实际使用过程中可能遇到火灾高温等施，可以达到降低层高等目的。梁开孔后截面的整体性、情况，过高的温度会使混凝土结构产生严重的安全隐患，连续性遭到破坏，开孔区域成为梁的薄弱部位，其受力性已有不少研究人员对混凝土构件高温后的性能进行了研能必然发生改变，而梁作为结构的主要承重构件之一，对究，但对钢筋混凝土开孔梁高温后的性能研究还较少。开整体结构的安全至关重要。目前，国内外一些学者已对钢孔梁在受火高温后性能如何，需要进一步研究，因而开展筋混凝土（RC）开孔梁进行了大量的研究。Mansur等研开孔梁高温后受力性能的研究具有实际意义。笔者考虑究了梁上开孔对结构的影响。Pool等对开有不同孔洞形不同的受热温度，对高温后开孔梁的受力性能进行了试验状的开孔梁进行了光弹试验。谭子希等对一系列开孔深研究，可为今后继续研究开孔梁高温后的性能及工程加固梁进行了仿真分析，分析结果与试验结果吻合良好。徐支研究、设计提供参考。[15]王丽梅.埋地长输管道泄漏事故应急关键技术研究[D].北京：北京ulationandexperimentalanalysisdatawerecomparedandthere⁃工业大学，2012.sultsshowedthatthepressureandflowratechangesinthepipearesmallwhenthereisnoleakage.Whenleaking,thepressureintheSimulationandexperimentonflowfieldwholepipesectionwilldecrease,thepressurefromthefirsttothedistributionofnon-metallicpipelineleakageendofpipewilldecreasewithanapproximatelylineargradientandHAOYong-mei1,MAYi-fei1,JIANGJun-cheng1,willbealmostunaffectedbythepipepressure.Themainfactorsaf⁃fectingthevariationofpressureandflowparametersofpipelineareXINGZhi-xiang1,YANXin-ming2,thelossalongpipelineandlocallossofpipeline.YUEYun-fei2,YANGKe1,DUZhang-hao1Keywords:non-metallicpipe;leakagecharacteristics;numerical(1.SchoolofEnvironmentalandSafetyEngineering,Chang⁃simulation;experimentalanalysiszhouUniversity,JiangsuChangzhou2131,China;2.ChangzhouBranchofJiangsuInstituteofSpecialEquipmentSafetySupervi⁃作者简介：郝永梅（1970-），女，重庆万州人，常州大学sionandInspection,JiangsuChangzhou213161,China)环境与安全工程学院副教授，硕士，主要从事油气储运、安Abstract:Inordertostudytheleakagelawofnon-metallicpipe⁃全检测技术方面的研究，江苏省常州市武进区滆湖中路1lines,theFluentwasusedtoanalyzethevariationofpressureand号，2131。flowrateinleakageandnon-leakagepipelinesunderpressureof通信作者：邢志祥（1967-），男，常州大学安全科学与0.10,0.18and0.26MPa.Theresultsofthesimulationwereveri⁃工程学院教授。fiedbyexperimentsunderthesameconditions.Thenumericalsim⁃收稿日期：2019-05-11基金项目：国家自然科学基金项目“火灾后混凝土性能恢复促进技术研究”（51208504）；江苏省高等学校自然科学研究项目“高温后纳米碳纤维混凝土的力学及耐久性能研究”（17KJB560014）1204FireScienceandTechnology，September2019,Vol38,No.91试验概况1.1试件设计试验共制作5根简支梁，其中LA1为不开孔梁，其余梁均在剪弯段腹部开双孔。试件分组见表1所示，梁尺寸及配筋如图1所示。试件采用的混凝土强度等级为C25，28d实测抗压强度为28.7MPa，梁受力筋为HRB400钢筋，实测屈服强度为560MPa。表1试件分组试件编号孔洞直径/mm孔洞间距/mm受热温度/℃恒温时间/minLA1——20—LB110018020—LB210018015090LB310018035090LB410018055090100100P/2P/2110030020030060018002 400100280636@2001802161-1图1梁尺寸及配筋1.2加热设备及方法梁加热设备采用中国矿业大学建筑结构与材料实验室自主研发的“GWD-02型”加热炉，功率30kW，最高炉温1100℃，最高升温速率10℃/min，通过控温柜进行温度控制。本试验中升温速率设为5℃/min，达到目标温度后恒温保持90min，待梁温度降低至室温后进行加载试验。1.3加载方式试验中采用液压千斤顶进行加载，并通过分配梁将荷载以两点加载的方式作用于梁上，加载及量测装置（YHD100型电子位移计）如图2所示。加载制度为单调静力加载，每级荷载取极限荷载的10%，达到极限荷载的80%后，每级荷载取极限荷载的5%，各级荷载均保持5min。根据GB/T50152-2012《混凝土结构试验方法标准》要求，当梁出现下列标志之一时，即认为梁达到了承载能力极限状态：弯曲挠度达到跨度的1/50；受拉主筋处裂缝宽度达到1.5mm，或受拉钢筋应变达到0.01；构件的受拉主筋断裂；受压区混凝土受压破碎。2试验现象2.1高温现象加热过程中，升温初期，梁顶面有少量水蒸气逸出，梁内有水分气化声音。加热至110℃时，水蒸气达到最多，部分位置有水珠渗出。随着梁受热温度的增加，梁内水分蒸发完毕，梁又变得干燥，高温炉内偶尔传出噼啪声，混凝消防科学与技术2019年9月第38卷第9期修改时间：2019年08月30日14:47:35土梁表面出现温度裂缝，且温度越高，裂缝越多。反力架荷载传感器千斤顶分配梁试验梁支支墩位移计墩图2加载及量测装置2.2梁破坏情况（1）梁LA1：当P=36.5kN时，纯弯区段梁底开始出现裂缝；当P=50.2kN时梁出现首条斜裂缝；当P=110.8kN时，加载点间纯弯区段的垂直裂缝最大宽度达到0.3mm；荷载超过130.0kN后纯弯段裂缝开展迅速，梁的挠度明显增加；至P=152.6kN时，纯弯段垂直裂缝宽度达到1.5mm，梁破坏。（2）梁LB1和梁LB2：当荷载P分别为35.2kN和30.0kN时，靠近孔洞一侧加载点下方梁底首先开裂；当荷载P分别为70.0kN和68.1kN时，孔洞右上方、左下方约45̊处出现斜裂缝；当荷载P分别为99.4kN和91.2kN时，加载点间纯弯区段的垂直裂缝宽度达到0.3mm；荷载继续增大，斜裂缝迅速开展形成一条主裂缝。当荷载P分别为128.0kN和112.5kN时，梁破坏。（3）梁LB3和梁LB4：当荷载P分别为28.1kN和24.0kN时，靠近孔洞一侧加载点下方梁底开裂，沿孔洞约45̊方向出现斜裂缝；随着荷载的增大，斜裂缝逐渐向上开展，形成一条主裂缝。当荷载P分别为107.7kN和99.5kN时，梁破坏。综上所述，梁LA1为常温下未开孔梁，截面没有削弱，发生正截面受弯破坏。梁LB1为常温下开孔梁，开双孔后梁抗剪能力下降，发生剪压破坏。梁LB2、LB3和LB4分别为经历150、350、550℃高温的开双孔梁，高温使得混凝土强度出现一定程度的降低，裂缝开展较常温梁多，且分布密集，发生剪压破坏。3结果及分析3.1承载力图3为各梁的开裂荷载和极限荷载对比情况。由图3a）可以看出，开孔梁LB1的开裂荷载为35.2kN，与未开孔梁LA1的开裂荷载36.5kN相比降低了3.6%；梁LB1的极限荷载为128.0kN，与梁LA1的极限荷载152.6kN相比降低了16.2%，这主要是由于剪弯段开孔后该区域成为薄弱区，降低了梁的承载力。由图3（b）可以看出，高温开孔梁LB2、LB3和LB4的开裂荷载分别为30.0、28.1、24.0kN，与常温开孔梁LB1的开裂荷载35.2kN相比较，分别降低了14.8%、20.2%和31.8%；梁LB2、LB3和LB4的极限荷载分别为112.5、107.7、99.5kN，与梁LB1的极1205（修改时间：2019年08月30日14:47:35限荷载128.0kN相比较，分别降低了12.1%、15.9%和22.3%。主要原因是随着受热温度的升高，混凝土的抗压强度出现不同程度的降低（150、350、550℃后分别降低约5%、13%和43%）；梁上出现的温度裂缝削弱了梁的抗弯刚度，且温度作用使得梁挠度在加载过程中增长较快。25160140开裂荷载20120极限荷载N15100102102k℃//载度荷温1080604052000100LA1200300LB140050025（a）开孔的影响140开裂荷载120开裂荷载20极限荷载极限荷载100℃N15/k80102102载度/荷温10604052000LB1100LB2200300LB3400LB4500（b）高温的影响图3各梁开裂荷载和极限荷载对比3.2跨中荷载-挠度曲线图4为各梁的荷载挠度曲线。由图4（a）可以看出，梁LA1的荷载挠度曲线有两个转折点，将曲线分为三段。第一段对应梁开裂前的阶段，此阶段荷载和挠度基本呈线性关系，当荷载超过混凝土的抗拉强度时，混凝土开裂。第二段对应梁从混凝土开裂到受拉纵筋刚屈服的阶段，此阶段中混凝土开裂后，裂缝处混凝土不再承受拉应力，应力发生重分布，纵筋拉应力突然增大，且随着荷载的增大，钢筋应力不断增大，当应力增加到一定值时，受拉纵筋屈服，由于该阶段混凝土裂缝不断开展，梁的挠度增长较快。第三段对应梁从纵筋开始屈服到梁最终破坏的阶段，此阶段在纵筋屈服后，梁的塑性变形急剧增加，裂缝迅速开展，但荷载增加缓慢，最终梁上部混凝土被压碎，梁宣告破坏。由图4（b）可以看出，梁LB1、LB2、LB3和LB4的荷载挠度曲线只在初始阶段有一个明显的转折点，将曲线分为两段，分别对应梁开裂前的阶段和纵筋屈服前的阶段，这是由于梁测孔洞的开设，梁发生剪压破坏，纵筋未达到屈服。同时，随着受热温度的升高，梁的刚度逐渐降低，相同荷载情况下，梁LB1、LB2、LB3和LB4的挠度逐渐增大。4结论对开双孔梁进行了不同温度后受力性能的试验研究，结论如下：（1）未开孔梁发生受弯破坏，纵筋能够达到屈服，而剪弯段开孔的梁则发生剪压破坏，纵筋不屈服。1206160140开裂荷载120极限荷载℃N100k/度载80LA1荷温60LB140200010010200203003040050040跨中挠度/mm（a）开孔不同140120开裂荷载极限荷载100℃Nk80/度载LB1LA1荷温60LB240LB1LB320LB400100520010300154002050025跨中挠度/mm（b）温度不同图4各梁荷载-挠度曲线（2）相比未开孔梁，开孔梁的开裂荷载和极限荷载均有一定程度的降低，分别下降约3.6%和16.2%；开孔梁随受热温度的升高，开裂荷载和极限荷载均逐渐降低，经历150、350、550℃后，相比常温开孔梁，高温开孔梁的开裂荷载分别下降14.8%、20.2%和31.8%，极限荷载则分别下降12.1%、15.9%和22.3%，温度对梁开裂荷载的影响大于极限荷载。（3）开孔梁破坏时跨中挠度小于未开孔梁；随着受热温度的升高，相同荷载情况下梁的挠度逐渐增加。参考文献：[1]MANSURMA,TANKH,LEESL.CollapseloadsofR/Cbeamswithlargeopenings[J].JournalofStructuralEngineering,1984,110(11):2602-2618.[2]MANSURMA,TANKH,LEEYF.PiecewiselinearbehaviorofRCbeamswithopenings[J].JournalofStructuralEngineeringNewYork,1991,117(6):1607-1621.[3]POOLRB,LOPESR.Cyclicallyloadedconcretebeamswithwebopenings[J].JournaloftheAmericanConcreteInstitute,1986,83(5):757-763.[4]谭子希，刘霞，易伟建.钢筋混凝土开孔深梁有限元分析与设计研究[J].计算力学学报，2016，33（3）：313-320.[5]徐支松，袁广林，聂明，等.RC开孔梁承载力试验研究与理论分析[J].建筑科学，2016，32（5）：1-8.[6]李志奇，袁广林，邱辉.剪弯段开双孔钢筋混凝土梁受力性能的试验研究[J].混凝土，2015，(5)：29-33．[7]蔡健，李静，段圣吉，等.腹部开设圆孔钢筋混凝土梁的试验研究（III）[J].华南理工大学学报（自然科学版），1998，26(1)：50-53.[8]蔡健，王英涛，陈庆军，等.腹部开孔钢筋混凝土简支梁受剪承载力计（下转第1210页）FireScienceandTechnology，September2019,Vol38,No.9修改时间：2019年08月30日14:47:35[8]张翔,李风,刘松林.锥形量热计法研究电线电缆燃烧性能的探讨[J].消防科学与技术,2007，26(3):262-2.[9]DARABKHANIHG,BASSIJ,HUANGHW,etal.Fueleffectsondiffusionflamesatelevatedpressures[J].Fuel,2009,88(2):2-271.[10]舒中俊.竹地板与普通实木地板燃烧性能的锥形量热仪对比实验研究[J].火灾科学,2006,16(3):148-151.[11]朱莉,王格,舒中俊.典型包装材料燃烧性能实验研究[J].学院学报,2005，(4):30-32.StudyonfireresistanceofaviationcablesunderdifferentthermalradiationconditionsZHANGZheng,HEYuan-hua,WUYi,WANGMing-wu(CollegeofCivilAviationSafetyEngineering,CivilAviationFlightUniversityofChina,SichuanGuanghan618307,China)Abstract:Theignitiontime(TTI),heatreleaserate(HRR),firepotentialindex(FPI),massloss,effectivecombustionheat(EHC),smokeproductionrate(SMR),COandCO2fluegaschang⁃esofCombustionparametersofaviationFXLcablesweremea⁃suredbyconecalorimeter.TheresultsshowthatTTIdecreasesby69.2%andtheextinctiontimedecreasesby37swiththeincreaseofradiationintensity.HRRgraduallygoesdownwhenitreachestwopeaks,andthefirepotentialindexdecreases,whichmakestheriskgreater.MLRincreasedby45.01%,andthecombustionbe⁃camemoreintense.Inaddition,theEHCdecreasedfrom96.078kJ/gto73.497kJ/gwiththeincreaseofradiationintensity.ThepeakofSMRgoesupandthepeaktimeisshortenedby27s,andtheSMRofsheathislowerthanthatofinsulationlayer.Withthein⁃creaseofradiationtime,O2concentrationdecreasesgraduallyatfirstandrisesslowlyafterreachingtwowavepeaks,whileCOandCO2showanoppositetrend.Theresultsrevealtheriskofcombus⁃tionandsmokeinaviationcables,andprovidetheoreticalanddatareferenceforairworthinessstandardsverificationandpreventionoffirerisk.Keywords:aviationcable;conecalorimeter;heatreleaserate;smokeproductionrate;civilaviationtransportation作者简介：张政（1993-），男，江苏连云港人，中国民用航空飞行学院民航安全工程学院硕士研究生，主要从事交通运输工程民航安全及火灾安全研究，四川省广汉市，618307。通信作者：贺元骅（1965-），男，四川广汉人，中国民用航空飞行学院民航安全工程学院院长，教授。收稿日期：2019-05-071210（上接第1206页）算[J].建筑结构学报，2014，35（3）：149-155.[9]李青，袁广林，李庆涛，等.剪弯段开孔混凝土梁补强后受力性能试验研究[J].工业建筑，2015，45（8）：67-72.[10]刘荣桂，吕志涛.混凝土（RC/PC）开孔梁抗裂性能与裂缝宽度验算[J].建筑结构，2001，31（1）：43-45.[11]古松，潘文.钢筋混凝土开孔梁抗剪设计及有限元分析[J].昆明理工大学学报(理工版)，2003，28（5）：114-118.[12]项凯，王国辉，余江滔，等.火灾后钢筋混凝土受弯构件抗弯承载力[J].消防科学与技术，2010，29（12）：1035-1039.[13]王国辉，项凯，李慧，等.火灾后钢筋混凝土梁抗剪承载力[J].消防科学与技术，2012，31（6）：558-561.[14]蔡斌，李波，张博，等.装配式混凝土梁受火后抗弯承载力可靠度[J].消防科学与技术，2017，36（11）：1487-1490.[15]GB/T50152-2012，混凝土结构试验方法标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.ExperimentonmechanicalpropertiesofRCbeamswithopeningsonthebendingshearsectionafterhightemperatureMIAOSheng-long1,HEChao2,SHENQian-ye2,LAIBao-bang2,YANGChao2,LINJia-hui2(1.XuhaiCollege,ChinaUniversityofMiningandTechnolo⁃gy,JiangsuXuzhou221008,China;2.SchoolofMechanicsandCivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Ji⁃angsuXuzhou221116,China)Abstract:Inordertostudytheeffectoftemperatureonthemechan⁃icalpropertiesofreinforcedconcretebeamswithopeningsonbend⁃ingshearsection,themechanicalpropertiesoffourbeamswithdou⁃bleopeningsonbendingshearsectionwhichsubjectedtodifferenttemperatureswerestudied.Theresultsshowedthatthebeamswithopeningsonbendingshearsectionwouldundergoshearcom⁃pressionfailureduetotheweakeningoftheopenings.However,thebeamswithoutopeningsaresubjectedtobendingfailure.Com⁃paredwiththebeamwithoutopenings,thebearingcapacityofthebeamswithopeningsdecreasebyabout16.2%.Thehigherthetem⁃peratureofthebeamswithopenings,thegreaterthereductionofcrackingloadandultimateload.Theeffectoftemperatureoncrack⁃ingloadofbeamisgreaterthanthatonultimateload,andthehigh⁃erthetemperature,themoreobvioustheeffect.Keywords:beamwithopenings;hightemperature;mechanicalproperties;concrete作者简介：苗生龙（1982-），男，河南济源人，中国矿业大学徐海学院建筑工程系副教授，硕士，主要从事建筑物防灾减灾方面的教学和研究，江苏省徐州市泉山区金山东路1号，221008。收稿日期：2019-05-10FireScienceandTechnology，September2019,Vol38,No.9
