文摘

结构防火性能测试连接连接是至关重要的在确定火灾高温性能。当前标准防火测试方法提供程序建立每个建筑的防火暴露于一个标准的火元素。然而,这些方法无法验证的火行为建筑元素之间的连接。研究者们进行了大量的火测试连接连接尽管缺乏结构防火性能测试方法。本文提出一个全面的文献综述的结构防火性能测试方法连接连接。本文的主要领域是旅行火灾、发展旅游火灾连接连接,火测试注意事项,火测试标准,最近的消防测试和加载应用程序。本文识别的关键问题和挑战为连接连接结构防火性能测试方法。最后,本文提供了建议和讨论了前进的道路连接连接的结构防火性能测试。

1。介绍和目标

结构火灾主要发生在住宅、商业、或以社区为基础的建筑。火灾风险可以大大降低强度,绝缘材料,建筑和完整性的主要结构元素(1,2]。任何建筑结构的连接关系是至关重要的元素(3,4]。世界贸易中心的崩溃和Cardington全面建设消防测试的结果在英国证明连接在连接脆弱的加热和冷却阶段火灾(5,6]。因此,它是至关重要的,以确保连接履行消防安全的要求和耐久性3,7,8]。

研究人员正在进行连接的连接结构防火性能测试以确定其火灾高温性能。消防测试提供关键的热参数连接连接,包括故障模式、裂缝发展,moment-rotation-temperature曲线,载荷挠度曲线、应力-应变曲线,内部温度分布,残余强度和物理损害(9]。使用最广泛的消防测试规范ASTM E119 [10)和ISO 834 (11]。ASTM E119指定持续时间的测试方法来评价建筑元素可以包含一个火,保留建筑的结构完整性,或表现出两个属性在一个预定的测试风险。ISO 834指定测试确定耐火建筑元素暴露在标准火灾条件。然而,标准的防火测试方法没有办法验证火行为建筑元素之间的连接(10,11]。相反,火测试关注垂直建筑元素,如墙壁、分区和列,和水平的建筑元素,如地板、屋顶、梁和梁。此外,火测试不考虑水平和垂直移动火灾的影响,只使用标准的火灾曲线均匀燃烧和均一温度条件。

尽管缺乏连接连接结构防火性能测试方法,研究人员进行了大量的消防测试刚性、半刚性的和固定连接连接(12,13]。多数大型消防测试涉及钢和复合连接连接,因为这些连接的火灾风险大于混凝土材料。大规模的测试演示了一个现实的规模上的性能时,应用热的实际情况和静态载荷符合监管要求(14]。然而,转向关注大型非标准火测试使用真正的火而不是标准的火(15,16]。最真实的标准火灾试验炉是不切实际的结构,从根本上无法合理模拟几个至关重要的和相关的预期行为中观察到实际建筑火灾。结构防火设计方法基于单个元素的标准消防测试不考虑连接行为或整个结构17]。

随着冲突的标准防火测试方法连接连接,研究人员需要了解的关键元素在火灾中测试。本文提出一个全面的文献综述的结构防火性能测试方法连接连接。图1说明了本文的框架。在舞台的一个文献综述,作者搜索和筛选网络文学有关的科学和斯高帕斯数据库构建火灾和消防测试连接的连接和建筑火灾的关键概念定义,包括旅行标准火灾和火灾。审查包括考虑消防测试,即火焰的时间——温度曲线,测试方法,和冷却阶段。在第二阶段中,作者回顾了并提取火测试方法和数据从先前的研究和总结,主要标准的消防测试连接连接。在第三阶段,作者确定了关键问题和挑战连接连接和结构防火性能测试方法分析和合成火测试数据。最后,本文提供了建议和提出了前进的道路连接连接的结构防火性能测试来帮助引导未来研究结构消防工程,特别是大规模的实验研究。

2。火的测试连接连接

2.1。旅行的火灾

与大型建筑,开放的隔间,火不烧同时在整个底板的结构。相反,火会旅行水平方向和垂直方向上点燃火焰传播的路径和燃烧的燃料有限区域在任何时候(18,19]。这种情况,被称为火灾、旅行不同于常用的火灾场景的现代建筑结构设计。传统方法假设均匀燃烧在隔间和均一温度条件,不管其大小(20.,21]。此外,验证参数的方法和标准火灾使用小火车厢,更好的被称为“黑盒”,减少结构防火性能预测的准确性(22]。

Stern-Gottfried et al。20.]介绍了开创性的方法估算的温度室火灾旅行。大型firecell方法(lem) (23]1996年开发利用具体的火灾模型来确定温度时间关系旅行通过firecell火灾。然而,从主要是研究工具用于检查在一个单一元素的设计。旅行火灾方法(TFM) [24,25),2012年开发,计算fire-induced温度场,这样它是基于物理的,兼容后续结构分析,占火灾动力学。这种方法使用两个温度场代表室气体温度。近场(T_nf)是火灾的高温燃烧的地区直接接触火焰。远场(T_ff)是冷却器温度在其他车厢抽烟,这是暴露在热燃烧气体但经验不如从火焰剧烈的加热。解冻是有效的为一个灵活的技术提供一个广泛的范围可能的火灾在任何隔间。2015年,Rackauskaite et al。21]开发了改善TFM (iTFM)为研究非均匀加热的效果与旅行相关调查火灾的峰值温度沿火灾位置路径。他们发现,峰值温度在隔间里年底主要发生火灾的道路。然而,戴et al。19)表示,尽管实验和理论工作进行了在过去的20年中,旅行更实际的大规模火灾实验需要扩大知识旅行火灾。

旅行的结构响应火灾对结构性能有显著影响。贝利et al。26)发现进步水平火蔓延增强一些火灾所造成的扭曲而同时燃烧整个舱范围相同。Ellobody和贝利27水平)发现火灾影响time-deflection行为旅行。法律等。18)观察到最严重的结构响应水平旅行造成的火灾是大约25%的底板大小。et al。(彭博社- - -商业周刊28)发现,楼层间的时间延迟的影响结构行为在垂直旅行火灾涉及大型和多个层。他们建议考虑几个的传播率,保证结构完整性为每个率确定最坏率的垂直火势蔓延。Behnam [29日)发现,暴露于非均匀结构火灾更容易失败比暴露于统一的火灾。对旅行火灾的防火结构91分钟与140分钟的阻力均匀温度。Behnam和Ronagh30.)推荐在代码中实现更多的规定postfire结构和适当的火层之间的垂直传播率。此外,江et al。31日)表明,缓慢的火灾可能造成部分崩溃,而快速旅行火灾可能造成全球崩溃。旅行速度的失败序列列上有相当大的影响,损伤范围,和崩溃的模式结构。

2.2。发展旅游连接连接的火灾

图2显示了由于局部温度发展水平和垂直移动火灾混凝土连接固定连接。图2(一个)显示了燃料和燃烧火焰蔓延的点燃中间的地板上。点一个是温度最高的近场,而B点的远场冷却器温度。一旦当地燃料完全燃烧,近场水平移动到一个新的区域从a到b点图2 (b)显示了连接连接的近场(B点)暴露在最高温度。火继续燃烧以同样的速度,直到所有的燃料燃烧。这个时候,当地燃料完全燃烧和点结构开始降温,和持续火焰伤害的结构,如挠度、裂缝、剥落,变得明显。火垂直传播到楼上从B到C点通过一个受损的结构缝,无保护的服务管道,可燃立面材料,和不受保护的空缺,如non-fire-rated窗口。火焰运动增加顶部的温度,创造了远场。图2 (c)显示了一个类似的过程,其中C点是近场暴露在最高温度。近场横向移动到中间的地板上。当地在B点燃烧燃料,开始冷却结构。

图2 (d)显示点的温度时间曲线A、B和C。垂直旅行火灾蔓延比水平较长的时间旅行火灾由于结构的限制。依法et al。18),最高温度在近场区域是800至1000°C的小火和1200°C大圈地火灾。他们选择了1200°C最大值表示火灾的最糟糕的情况。近场区域的最高温度是使用简单的顶棚射流计算相关性由阿尔珀特(32]: 在哪里T_马克斯最高温度在天花板上飞机(°C), T∞是环境温度(°C),热释放率(千瓦)r是距离火(m)的中心,和H是地板到天花板的高度(米)。克利夫顿(23)表示,预热的温度和延迟冷却(倦怠后)时期,这是暴露在强烈的加热热燃烧气体但经验低于从火焰,被送往200到675°C。随后,预热和延迟冷却时间改为400和800°C之间的温度。远场的温度计算使用以下: 其中T_ff远场的温度(°C), r_nf之间的距离是近场(m), r_ff之间的距离是远场(m),然后呢r火的中心的距离(米)。温度场计算的分A、B和C都应用于混凝土和钢结构通过传热分析。这些分析考虑钢筋在混凝土或钢梁的温度来确定结构的性能。

2.3。消防测试注意事项

即使建筑火灾是水平和垂直移动火灾、最火测试连接连接采用标准的时间——温度曲线作为参考。图3显示了一个比较真实的火的时间——温度曲线和标准的时间——温度曲线。真正的火的时间——温度曲线有三个阶段,增长,燃烧(闪络和充分发展),衰变(冷却)34,35]。使用最广泛的实际暴露于火的时间-温度曲线是“瑞典”火曲线代表不同的自然火环境(34,36]。真正的火开始燃烧的一项,和火逐渐扩散到其他附近的对象和生长在大小和强度(36]。标准的时间——温度曲线(图3)开发的不断增长和燃烧阶段。ASTM E119和ISO 834的做法是相似的建筑火灾。火灾曲线都是依赖于材料的燃烧率出现在建筑材料和内容。他们代表严重火灾预期在一个典型的建筑环境,但并不代表所有潜在的火灾场景。尽管有许多研究建筑火灾的加热阶段,冷却阶段的影响在结构上不容易理解33]。在冷却阶段结构脆弱性增加(37]。

除了选择合适的火灾曲线,研究人员考虑几个因素来解决缺乏连接连接结构防火性能测试方法。研究人员需要了解连接测试的目的。连接测试环境温度试图确定关节弯曲moment-rotation特征自弯矩作用于关节是主要的行动。在暴露于火中,连接测试试图确定轴向力、剪切力、弯矩变化整个暴露于火。研究人员然后选择火的火的时间——温度曲线测试和负载条件根据指定的暴露于火。最后,他们比较postfire结果对所需的性能标准梁和柱的元素。在所有的评估结构耐火性,温度应确定结构的发展,其次是评估结构行为在升高的温度下(38]。

2.4。消防测试标准

图4总结了消防测试标准连接连接从先前的研究中采用的测试目标和性能标准。标准1到7的材料、类型的连接,连接的方法,边界条件(约束),火来源、类型的分析,和加载应用程序。梁和柱的种类有混凝土、钢材、复合,或木材。连接连接刚性、半刚性的或固定,根据连接刚度。梁和列元素组装使用湿,干燥,或半干的方法,和边界条件(约束)支持辊,销,或固定端。火灾产生的热量来源是电子炉,燃气燃烧器,和灵活的陶瓷板。大多数以前的研究分析和静态或循环荷载一起暴露于火。预压荷载应用于不同阶段,并发加载(火测试期间),和postfire加载。

2.5。最近的消防测试

表1总结的结果火测试连接连接进行了从2007年到现在使用7个消防测试标准列在图4。超过50%的文章连接连接消防测试是发表在过去的五年里,建议研究人员专注于这一领域的研究。

有关标准1,研究人员已经进行了许多消防测试的连接连接装配式钢和复合材料由于这些连接的更大的火灾风险比混凝土材料(表1)。钢和复合材料经验悬链线行动可能骨折连接和施加额外的部队列在非常高的温度下(47]。失败的模式中观察到在火灾中测试钢和复合材料是终板的屈服,屈服的列法兰,螺栓(线程)剥离,螺栓断裂,断裂的终板和板开裂,退出复合剪力钉的连接。然而,文献表明,混凝土连接也有高火灾风险[12]。研究人员观察到的混凝土连接结构在火灾中受损的测试可以抵抗重大时刻即使在大变形。此外,日益增长的使用工程木材结构在高层建筑的设计中(超过五层高)对结构防火设计提出了基本的挑战[48,49]。火的连接行为往往限制了性能的木材结构系统。设传力杆的木材连接的改进的火灾性能可以显著提高整个木材结构的防火性能(50,51]。

标准2分类的连接刚度较低的固定,和那些高刚度是固定或刚性连接(表1)。部分的连接强度和有一定程度的转动刚度被归类为半刚性的。列比梁、连接和作为弹性限制在防火测试,失败在哪里取决于光束或连接38- - - - - -40]。对于具体的连接,受拉钢筋的支持是通过连接和有效重叠(42]。预制混凝土连接,支撑和混合等半刚性的连接(46]。

关于标准3,多数钢连接组装使用干燥的方法,和复合材料和混凝土连接组装使用湿法(表1)。预制混凝土,干和湿方法被认为是半干的方法。Wet-assembled部分预制结构被设计用来模拟现浇混凝土结构通过现浇混凝土浇注与刚性连接的关节。此外,使用机械设备,如螺栓和焊缝连接dry-assembled结构避免了现场混凝土浇筑的必要性。

关于标准4连接的热行为的影响梁的边界条件(约束)和(表列1)。火被当作一个热边界条件在关注结构性能(52]。火的结构模型试验可以分配部分元素,单一元素,子帧组装、瞬变模拟约束装配,和全面的结构53]。简支和悬臂安装通常采用梁的边界条件约束。简支的设置,梁中部固定在轴向方向,有效地防止旋转的两个梁截面的轴,但允许梁扭转对其纵轴(43]。然而,框架结构中的成员的行为不同于孤立的成员两端简支,因为结构连续性实施有限的约束的任何连接的成员(39]。在悬臂的设置中,也被称为组件,梁的两端都是免费的。根据Raouffard和他(1),试样的结构不确定性的程度减少消除梁的上腹部和把它变成两个单独的悬臂梁。列约束,大多数顶部和底部的目的是限制横向运动,以确保良好的轴向分布列加载和提供轴向约束梁(38]。结果,最后列纵向方向自由移动。另一个边界条件是在柱的两端铰接,以轴向压缩载荷应用顶部(54]。

标准5,大多数火灾测试使用一个标准的炉模拟火灾暴露(表1)。大多数研究采用ISO 834和ASTM E119火灾曲线使用炉。装运点炉外。项目安装在炉等钢筋(防止千斤顶加载滑向彼此)(38,41],钢梁上翼缘的[38,40),两侧和顶部的钢筋混凝土(RC)板的上部方形钢管混凝土(钢管)列裹着一层陶瓷纤维毯之前点燃炉。

表1标准6表明,大多数分析结构的防火性能测试连接连接使用静态负载,而不是循环荷载。研究人员已经进行了许多静载荷测试调查逐步崩溃RC时刻帧的阻力在火(55]。研究人员还分析了反向循环载荷评估地震用火行为的影响。

值得注意的是,表1显示了标准7明显不一致。预加载的加载应用在环境条件(结构响应),并发加载(形变场响应在暴露于火),或postfire加载(残余响应冷却后)阶段,或这些阶段的组合。下一节将详细描述加载应用程序的标准。

2.6。加载应用程序

两种类型的加载被用来模拟后的最大负载条件ASTM E119和ISO 834 (10,11]。ASTM E119使用附加荷载,而ISO 834使用工作负载。负荷的定义不同。服务负载最大负载强度预计的寿命期间结构。这是一个unfactored死负载和unfactored活荷载的组合。附加荷载,也称为叠加静负荷,考虑非结构的重量和非永久性的成员,包括立面成员,地板覆盖,吊顶和管道系统。它不考虑活载,因此小于服务负载。然而,ASTM E119州叠加负载可以考虑允许的最大负载情况下每个国家认可的结构设计标准。

图5总结了加载应用程序的连接连接消防测试期间和性能标准。图中显示环境,增长和燃烧,和衰减阶段。在环境阶段,标本是预紧负荷等于初始裂纹负荷或加载基于负载电压进行消防测试之前。在增长和燃烧阶段,负载被逐渐应用于标本或不断。恒定负载是叠加或服务负载在ASTM E119和ISO 834,而逐步加载增量荷载应用于标本,直到他们失败。装载应用程序的标准是基于研究的目标。表2显示,调查的热行为,减少热相互作用和力量需要应用恒定负载性能标准的标本和终止测试极限。表3表明决心破坏载荷和最大变形(挠度、扩张或收缩)需要应用逐步加载试样失败后的标本和终止测试。残留的方法模拟了典型的理想化列删除场景(有或没有冷却效果)。标本被暴露于火,然后被逐渐加载,直到失败(44]。

表2列出了研究终止火测试性能标准限制。王等人。41)调查的相关行为和鲁棒性不同的钢连接在钢架结构暴露于火。他们应用恒定负载40 kN钢铁标本在每个液压加载杰克,对应于负载电压的0.5。钢连接标本持续应用负载火灾分类期间没有出现骨折。Heiza et al。45]研究了钢筋混凝土的结构行为和力量减少连接连接在循环荷载下暴露于火。他们预加载的混凝土标本15负载周期(少于初始裂纹荷载)之前进行消防测试以恒定负载等于初始裂纹负载。标本持续应用负载期间火灾分类和显示混凝土剥落、开裂。Raouffard和他1]研究了RC的机械和热结构的交互响应连接组件在任何横向热诱导推力和力矩再分配的影响。他们预加载的混凝土标本,直到第一个裂纹负荷申请前一个恒定的垂直负荷(17.3 kN)。消防测试74分钟后终止了一旦拉伸的纵向钢筋upward-loaded悬臂梁实现预定义的临界温度为530°C。杨和傅56)进行了实验和数值模拟钢管混凝土柱组合钢梁的连接与钢筋混凝土板通过应用一个常数负载电压的0.1到0.35复合标本。他们终止了测试当连接标本耐火(变形和应变率)来实现。

表3列出了研究终止时的消防测试标本失败了。丁和王38]研究了钢管混凝土管状结构的防火性能(钢管)列,包括失效模式,力发展,梁变位。他们应用恒定负载电压(0.25到0.5或30到60 kN)梁和暴露的结构性装配标准火在炉,同时保持应用的负载条件。他们继续加热,直到结构失败了。汉et al。39]研究RC梁的行为钢管混凝土柱平面框架,包括试样的变形和失败。他们加载复合标本,消除可能的设备故障申请前在19.5岁至39岁之间kN的恒定负载。他们立即终止时的消防测试钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁不能承受负载应用。丁和王40调查在冷却阶段的结构行为。他们测试的失败十试样在加热;在其他两个测试,测试程序集被加热到温度接近的失效温度轴向的钢梁,然后冷却,同时仍然保持应用加载梁。歌等。42]研究钢筋混凝土(SRC)关节的机械行为在加热和冷却阶段。他们之前使用三个千斤顶加载复合标本进行消防测试在一个恒定的负载。在postfire加载阶段,列负载保持不变,和梁载荷逐渐增加,直到连接失败。Yahyai和Rezaeian43]研究了梁的行为和接头连接在column-tree时刻抵抗帧(MRF)在升高的温度下。他们预紧钢标本恒定负载比率为0.7或20.6 kN和应用加热和加载,直到连接失败。Teja et al。46)研究了三种不同的热性能连接连接在预制结构受到恒定负载(7 - 17 kN)加热,直到连接失败。

图5显示了火灾后的负载应用程序测试(残留方法),在李et al。44)模拟了典型的理想化列删除场景下火。在这项研究中,钢筋混凝土连接连接标本不同强化发展长度被暴露于火,有或没有冷却效果,然后进行叠加负载。20到90 kN的垂直负载应用直到底部增援骨折或退出。

表2表明Heiza et al。45)和Raouffard和他1)不适用ASTM E119所需的叠加和服务负载和ISO 834。相反,他们使用第一个裂纹荷载, ,的参考价值负载。Mindess et al。57]和哈马德Sldozian [58)第一个裂纹荷载定义为载荷挠度曲线的曲线上的点第一次成为非线性。第一个裂纹强度表示RC行为矩阵的初始和裂纹的开始。有两种方法来确定第一个裂纹值。第一个方法是目测法在负载测试期间。然而,具体包含微裂隙,当混凝土加载生长。因此,很难实现第一个裂纹偏转,因为它是小由于可能发生的由于各种无关的变位机变形,并把它们安置在支持。第二种方法是计算第一个裂纹变形量,(57使用以下公式: 在哪里跨中挠度,是加载裂纹,跨度,弹性模量,是泊松的定量,转动惯量,梁高。

2.7。结论在火上连接的测试连接

下面的结论是基于部分的讨论2.1- - - - - -2.6。与大型建筑,开放的隔间,火会旅行水平方向和垂直方向上点燃火焰传播的路径和燃烧的燃料在一个有限的区域在任何时候。局部的水平和垂直移动火灾引起的温度发展连接连接通过两个温度场,远近字段。研究人员考虑几个因素来解决缺乏连接连接结构防火性能测试方法。基于先前的研究中采用的测试目标和绩效标准,综述论文总结七火测试标准。其中,有明显不一致标准7(加载应用程序),在预加载的加载应用在环境条件(结构响应),并发(热机的响应在暴露于火),或postfire冷却后(残余响应)阶段,这些阶段或组合。负荷是不断或逐步应用到标本。性能标准的消防测试终止限制热行为进行调查时,热交互,减少和力量。在确定破坏载荷和最大变形(挠度、扩张或收缩),火测试终止在标本的失败。除了叠加和服务负载在ASTM E119和ISO 834,研究人员还使用第一个裂纹负载作为负载的参考价值。

3所示。问题和挑战

3.1。选择结构的组装

文献表明,研究人员面临的冲突在选择测试方法,是否标准火测试或非标准结构测试。不管火测试方法,连接连接结构装配必须代表实际结构的行为(10]。有几个因素考虑装配前标本。图6显示性能的关系火测试基于不同结构总成和火曲线。

连接连接的标本可以组装的部分元素,单一元素,子帧组装、克制的组装,或全面的结构53]。根据ASTM E119和ISO 834指南,标本只能组装部分元素和单一元素(垂直和水平的建筑元素)的标准火灾的时间——温度曲线条件下,如图6。火测试连接连接之前的研究没有按照ASTM E119和ISO 834原则。标本被组装为子帧组件受到高温(稳态和瞬态)(46)和克制组件受到标准火灾的时间——温度曲线(1,38,43,45,56]。根据大风et al。53),大规模的非标准的目标结构防火测试,采用全面的结构和实际火灾曲线是理解建筑的实际结构性能受到建筑和真正的火灾。是不可能达到这种理解在标准耐火试验炉。

基于图6,很明显,一个更复杂的结构性装配提供更准确的测试结果。全面的结构与复杂的结构性装配代表建筑的实际结构的行为。然而,建立一个复杂的结构组装,包括样品和测试程序复杂和耗时。例如,Cardington全面建设消防测试在英国持办公大楼六火测试所涉及的标本的综合框架,即约束梁试验,平面框架测试,第一个弯道测试,测试,第二个角落大舱测试和示范试验(59]。此外,非标准结构防火测试是昂贵的,需要一个真正的火焰在实际规模的建筑物。测试还需要足够的仪器了解火灾和结构响应。因为费用高物理消防测试,基于有限元方法有效的模型是可行的选择。

3.2。真正的火的时间——温度曲线与标准时间——温度曲线

近年来,研究人员和监管机构处理标准的使用火的时间——温度曲线在简化的单一元素测试和孤立的结构成员受到不切实际的温度时间曲线(15,16,60,61年]。标准的真正的火火的时间——温度曲线几乎没有相似之处温度历史。他们没有衰减阶段和代表任何真正的火。他们是为了代表大多数火灾的温度在post-flashover阶段经历了(53]。模拟装配的耐火等级(小时)不能代表实际的建设和真正的火。它只测试的生存组件暴露于火,可以比较相对指标体系设计。结果,非标准结构火灾试验,采用真实火灾曲线更理性的方法,可能存在交互的全套预期在实际建筑火灾。

尽管标准火灾的时间——温度曲线没有衰减阶段结束时,出现更严重的比一个真正的火,他们是适合所有三个阶段(增长、燃烧和衰变)的防火测试。ISO 834规定,甚至终止后,火测试后可以继续实现选定的性能标准收集更多的数据,包括数据失败模式和极限荷载。ASTM E119评估组件保持完好无损的能力在衰退阶段通过应用指定的标准消防水带流结构。

Kodur和Agrawal62年]介绍了postfire冷却后剩余结构元素的反应。图7表明加热情况下受到火灾分类时期(1、1.5和2小时)中指定的ISO 834。火灾分类周期是阻力性能标准曝光消逝之前观察第一个临界点的行为是观察。火灾分类时期并不指生存时间或任何显式试图量化结构性破坏的结构在实际火灾但预期的耐火时间结构组件受到标准温度曲线在标准炉火焰测试(2]。通过线性衰减阶段模拟空气温度下降后暴露于火。

3.3。钢筋混凝土的结构响应连接连接在冷却阶段

许多研究已经进行的冷却阶段钢和复合连接连接,但有一个缺乏研究钢筋混凝土的结构响应连接连接在冷却阶段。有一个显著的差异在混凝土和钢铁材料的热性能。钢的导热系数(27至53 W / mK)高于混凝土(0.5和1.3 W /可之间)63年,64年]。这种显著差异的能力提高材料转移热量的冷却阶段连接。文献表明,钢管混凝土柱与钢梁的温度联合区是低于nonjoint区在加热阶段但在冷却阶段高(65年]。除了热性能,SRC柱和梁显示显著的变形比加热阶段,在冷却阶段导致的潜在失败SRC关节在冷却阶段(42,66年]。相对增加连接旋转角度在冷却阶段大约是1.5倍的增加加热阶段。加热阶段的持续时间,导致失败的复合列期间或之后的冷却阶段总是短的防火结构只接触加热(67年]。

Heiza et al。45]研究了钢筋混凝土的结构响应连接连接在冷却阶段。他们的研究集中于钢筋混凝土的结构行为和力量减少连接连接在循环荷载下暴露于火。前面的部分炉在加热阶段的结束和开始加载周期记录偏转时,应变和裂缝在每一个载荷增量,直到他们达到破坏载荷。然而,他们没有解释的冷却阶段效果和比较加热和冷却阶段。

Kodur和Agrawal62年]研究钢筋混凝土结构的结构响应在冷却阶段,发现单一RC梁元素保留60 - 70%的室温极限能力的一系列参数暴露于火的场景截然不同的冷却阶段。Dwaikat和Kodur68年)发现,在冷却阶段减少fire-induced混凝土剥落。他们观察到的孔隙压力减少暴露于火因为进一步降低温度和没有预料到混凝土剥落。Gernay [69年]解决钢筋混凝土结构的火灾安全分析应该考虑到完整的倦怠的火,冷却阶段,在消防队和超越评估安全干预,建立检查、并可能建立康复。

3.4。测试负载值

有三个问题应用测试时梁上的负载。首先,并不是所有的消防测试环境条件下进行预加载,如图5。ASTM E119表示,试样应真正代表建筑,需要分类,材料,工艺,和细节,如维度的部分。试样应构造条件下的代表建筑建设和运营。火前没有预加载测试将不会提供一个初始负载梁,等于初始裂纹负载或基于负载电压,并消除可能出现的设备故障。在实际建筑条件,大火开始当一个服务负载应用于结构。

第二,因为测试负载应用到梁低于所需的值,测试不能模拟整个火最大叠加和服务负载条件测试。测试负载值取决于几个因素,包括梁跨度。短梁跨度生产测试负荷值较低。考虑到当前的标准测试方法,标准指定梁跨度暴露在火不应小于3.7米(ASTM E119)和4.0 (ISO 834)。然而,表2和3表明,梁跨度的标本与简支安装1980 mm和3980 mm之间,和悬臂梁的长度是670毫米和1050毫米之间。假设一个悬臂梁是实际梁跨度的一半(组件的概念),梁长度1340毫米和2100毫米之间。标本的梁跨度小于标准所需的长度,和短梁跨越提供了一个附加荷载或服务负载低于所需的负载,和光束不会做出相应的反应较低的应用负载。

最后,另一个重要的问题是应用程序的第一个裂纹荷载作为参考测试负载。理论第一次裂纹负载与观察实验第一次裂纹相比低负荷。Kankam和Odum-Ewuakye70年]研究了双向钢筋混凝土板的挠曲强度和变形,发现实验失败加载是大约170%的预测值。Audu和Oseni71年]研究了钢筋混凝土板的裂缝和裂缝模式之间的区别,发现实验第一裂荷载和理论裂纹负载在14.2%和59.7%之间。随着负载的增加,其次是乘法和裂纹形成进一步破解。收益率的完整发展行了理论屈服载荷低于实验值。这种行为可能是由于采用安全系数的设计。

3.5。数据收集的约束

连接的连接元素暴露在高温的炉,很难确定需要研究的一些参数。必须解决几个因素当比较的测试结果与高温环境温度。在某些情况下,仪器必须用耐火材料保护,以防损坏。

研究人员不能记录裂缝发展和失效模式在加热和加载的RC标本和炉冷却后只获得结果。同样,钢连接的故障,如弯曲、剪切断裂的螺栓,螺栓孔和轴承变形,只有火测试后可见。这种情况下不同于正常的负载测试,那里的研究人员可以监视装载应用程序的结果。使用的应变仪对高温环境温度非常敏感。研究人员需要使用钢筋温度电阻应变仪,钢结构,混凝土结构。然而,应变仪在高温下表现不好,未能获取重要数据(1]。

测斜仪的测量梁的倾斜和旋转不能用于防火测试。图8在环境温度显示所使用的测斜仪(73年]。尽管如此,研究人员可以使用的结果线性可变差动变压器(线性)柱和梁计算旋转(milirad) [73年]。的计算 在哪里一个列的位移;b是梁的位移;c从线性到旋转中心的距离为列;d从线性到旋转中心的距离为。

火测试期间的结构变形影响的一致性恒定负载应用到梁。负载是否应用液压,机械或重量,尺寸或形状的变化一个元素的建筑结构和热行为随着负载的增加。这些变化包括偏转、扩张和收缩的结构元素。很难控制和监控加载整个火灾持续时间的一致性。恒载的应用块标本的指定位置(1,43)需要更大的空间和更多的支持设备。有限的空间很难安装加载块和保护他们在炉耐火陶瓷纤维毯,如图9。有些电熔炉不是专为承载功能。的快速偏转光束火灾测试期间可能会降低加载块和损害炉(1]。此外,大型负载模块和狭小的空间可以防止炉的加热实现所需的时间-温度曲线。

3.6。边界条件的列

克制的横向移动和固定端顶部和底部列支持先前的研究没有模拟实际的列结构的弯矩图。通过考虑列的长度一半的实际层建筑,代表和可定义的方式弯矩图的列将显示如图10。在此基础上,顶部和底部的列支持位于A和B(列)的中心行为与零销的时刻。连接,将会有一个重大的时刻值列。

然而,不同的反应是观察应用约束时横向运动和固定端条件,而且将在柱弯矩图的一个重要价值支持位于和b列限制横向运动(提供轴向约束梁)的结束,在纵向方向自由移动(38]。

3.7。火强度的关系

最高温度的估计在建筑火灾是由当地燃料和燃烧的区域的位置。考虑一个类似的火灾发展水平和垂直移动火灾如图2,最高温度的中跨梁的连接区域。然而,文献综述表明,以前的消防测试提供了直接加热连接,没有准确地模拟一个真正的火的强度。点火后发生在一座建筑,火灾蔓延上升到顶部结构成员之前因为燃烧的火焰传播对象移动到邻近的连接(36]。火羽流提供了一个燃烧的浮力对流运输产品到天花板。影响火焰蔓延的关键因素是火的升温速率来源的火焰。热层的厚度和温度增加随着火的增长。根据谢谢和Van Maele [72年),总热释放率决定了热烟气层的平均温度上升。然而,火源区和屋顶开放影响较小的平均温度上升。

Wroblewski et al。74年描述真正的火灾事故火蔓延的概念。RC梁的中心火灾损失和推出加入方面表现出显著的部分;posttensioned屋顶梁、钢筋混凝土板和列持续相当大的损害,如图11。这些热反应能力,降低转动能力,连接连接的转动刚度。汉et al。39]发现框架的连接区显著降低的温度比梁和柱的部分。连接区表现为刚性连接,没有表现出在火灾中失败的测试。

3.8。结论的问题和挑战

下面的结论是基于讨论的部分3.1- - - - - -3.7。所选的连接连接结构装配必须代表实际结构的行为。更复杂的结构性装配将产生更精确的结果虽然火测试更耗时和昂贵的,涉及到复杂的过程。尽管标准火灾的时间——温度曲线没有衰减阶段结束时,出现更严重的比真正的火,他们是适合增长进行消防测试,燃烧,和衰减阶段。有很多研究的冷却阶段钢和复合连接连接,但有一个缺乏研究的结构响应RC连接连接在冷却阶段。文献综述表明,有三个问题测试负载应用到梁。(1)并不是所有的消防测试进行预压在环境条件,(2)测试负载应用到梁低于所需的负载,和(3)理论首次观察到裂纹荷载低于实验第一次加载。也有困难在决定所需的一些研究参数,因为连接连接元素在炉和暴露于高温。克制的横向移动和固定端条件列的顶部和底部的支持之前的研究没有模拟实际的列结构的弯矩图。最高温度在估计建筑火灾燃烧的地区,根据当地燃料的位置。 The literature review revealed that previous fire testings provided direct heating to the connection, which did not accurately simulate the intensity of a real fire.

4所示。建议和前进的方向

需要研究人员和监管机构提供一个标准的方法来确定beam-to-connection连接的耐火性暴露于火。这需要由于增加冲突在当前火测试方法和标准的分歧火测试采用简化的单一元素测试和孤立的结构成员受到不切实际的温度时间曲线。火beam-to-connection连接元素的测试可能会考虑火灾的所有阶段,包括生长、闪络,充分发展,和衰变或冷却阶段,获得一个完整的结果。在某些情况下,建筑物倒塌的衰减阶段的火灾。等效火灾严重程度的概念与预期的严重程度真正火的标准测试。这个概念是至关重要的,当比较发表火抵抗评级的标准测试与严重程度估计真正的火。

测试负载应用到梁在火灾模拟最大负载条件下测试。附加荷载的最大负载条件、服务负载,实际的材料特性,特性材料属性,或第一个裂纹荷载代表最坏的场景结构。测试实验室应该表明确定的基础测试负载和条件允许在每个国家认可的结构设计标准。最大负载条件下将促进负载测试的主要目标来演示一个结构的安全与失败。

结构防火安全设计必须考虑的严重情况在火中跨和结构成员的连接。尽管火势蔓延的概念指出,最高温度通常是记录中跨的成员而不是连接,文献综述表明,建筑结构的连接元素在加热和冷却阶段是至关重要的和脆弱的建筑火灾。的moment-rotation-temperature特征联系在升高的温度下受到火灾的影响对钢筋混凝土结构的影响,包括偏转、开裂、剥落,刚度,强度和钢筋强度的损失。

最后,采用性能化防火结构设计(PBSFD)连接的连接可以明确定义的水平结构防火安全性能和生产更高效和经济的建筑设计(75年,76年]。PBSFD使用分析工具和实验结果为消防安全设计结构。它不依赖于当前的代码结构防火的要求,称为标准防火设计(SFRD),这并不显式地评估结构防火性能。必须理解和量化的行为为一系列火灾场景连接以确保弹性结构极端的触发事件。

5。结论

本文综述了连接连接的结构防火性能测试方法的火灾试验进行了从2007年到现在。连接连接提供了大量的结构防火性能测试结果连接的防火性能和耐火性。所需的火表演评估根据标准化的测试程序和严格的性能标准。基于文献回顾,以下的结论。(我)火与大型建筑,打开车厢旅行往往横向和纵向点燃和燃烧燃料火焰传播的路径在一个有限的区域在任何时候。(2)真正的火灾发展的四个阶段,增长,闪络,充分发展和衰变或冷却。然而,标准的真正的火火温度时间曲线几乎没有相似之处温度历史。(3)ASTM E119和ISO 834提供的方法确定防火的建筑元素暴露在火灾条件下的标准。然而,这些标准并不提供验证方法的火灾行为建筑元素之间的连接。他们关注独立的垂直和水平的建筑元素。(iv)尽管缺乏防火性能测试指南连接连接,研究人员进行了大量的消防测试刚性、半刚性的,固定连接的连接。(v)七个火测试标准连接连接从先前的研究总结材料,类型的连接,连接的方法,边界条件(约束),火的来源,类型的分析,加载应用程序。(vi)加载应用程序有重大不一致(7)标准负载应用于预加载,并发和postfire阶段,或者这些阶段的组合。(七)研究人员所面临的问题和挑战的选择结构装配、参数的火的时间——温度曲线与标准时间——温度曲线,钢筋混凝土的结构响应连接连接在冷却阶段,测试负载值,约束数据收集、边界条件的列,和火灾强度连接。(八)需要研究人员和监管机构提供了一个标准的方法确定的耐火性beam-to-connection连接暴露于火。测试负载应用到梁在火灾模拟一个最大负载条件测试。结构防火安全设计应考虑的严重的条件在火中跨和结构成员的连接。采用PBSFD连接连接已经明确定义的水平结构防火安全性能和生产更加高效和经济的建筑设计77年]。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称他们没有已知的财务利益冲突或人际关系可能出现影响工作报告。

确认

作者承认金融支持马来西亚Kebangsaan大学通过研究大学资助(批准号gup - 2018 - 027)和土木工程学系提供的实验室设施工程和建筑环境学院、马来西亚Kebangsaan大学。