耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能試驗

蔣 翔, 童根樹, 張 磊

(浙江大學 建筑工程學院,浙江 杭州,310058)

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耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能試驗

蔣 翔, 童根樹, 張 磊

(浙江大學 建筑工程學院,浙江 杭州,310058)

進行2個防火涂料厚度不同的耐火鋼-混凝土組合梁試件，以及1個同等條件下的普通鋼-混凝土組合梁試件作為對照組的抗火試驗.測量爐溫、組合梁沿截面高度不同測點的溫度、組合梁跨中豎向撓度.試驗結果表明：可取跨中撓度達到梁跨的1/30作為簡支耐火鋼-混凝土組合梁達到耐火極限狀態的界限.防火涂料厚度為15 mm的耐火鋼-混凝土組合梁耐火極限時間為93 min，比相同條件下的普通鋼-混凝土組合梁耐火極限時間64 min提高了45.3%；當防火涂料厚度為25 mm時，耐火鋼-混凝土組合梁的耐火極限時間為132 min，超過中國規范(GB50016：2014)中梁一級防火的要求.在一定的火災和荷載等條件下，采用相同強度等級耐火鋼的鋼-混凝土組合梁具有更好的抗火性能，可減小建筑物的防火涂層厚度.

耐火鋼；組合梁；抗火試驗；抗火性能

鋼-混凝土組合梁主要通過在鋼梁和混凝土翼緣板之間設置抗剪連接鍵傳遞混凝土板和鋼梁之間的剪力,抵抗兩者在交界面處的掀起及相對滑移,使之成為一個整體而共同工作[1].它具有截面高度小、自重輕、承載力高、塑性和韌性好、抗震性能好等優點,廣泛應用于高層建筑結構和橋梁結構中.王衛永等[2]綜述了鋼-混凝土組合梁抗火性能研究,發現目前關于組合梁的抗火研究成果相對較少,尤其是試驗數量和試件類型更少.已有研究表明,由于混凝土板的吸熱作用,組合梁中鋼梁溫度明顯低于無混凝土時的裸露鋼構件的溫度,因此和鋼梁相比,組合梁可大大改善梁的抗火性能[3],但仍需涂防火涂料等防火保護措施.

耐火鋼室溫力學性能及其他質量指標均滿足普通建筑用鋼的使用標準,且600 ℃時的屈服強度高于室溫屈服強度的2/3,彈性模量在700 ℃時仍能保持室溫時的75%以上[4].耐火鋼的應用,顯著減少建筑物的防火涂層厚度,使不用防火涂層的建筑成為可能.根據日本文獻資料介紹,耐火鋼比普通鋼可節約1/2～2/3的防火涂料[5].國內王澤林等[6]對鞍鋼開發的490 MPa級耐火鋼進行純鋼梁耐火極限試驗,結果表明達到梁一級耐火極限要求時耐火鋼梁的厚型涂料用量比普通Q345鋼節省了50%.

耐火鋼在日本、韓國及歐美國家已經獲得廣泛的應用,尤其是在日本應用最廣泛[5].日本新日鐵鋼鐵公司開發了耐火鋼SM490-FR[7～8],Sakumoto等[9～12]對該耐火鋼的高溫材性以及構件的抗火性能進行了試驗和理論研究.國內耐火鋼研究起步較晚,但發展迅速,馬鋼、武鋼、鞍鋼等都相繼開發了高強度耐火耐候鋼并運用到實際工程[5].李國強等[13]對耐火鋼構件抗火性能進行參數分析,提出耐火鋼構件耐火極限的實用計算方法.蔣首超等[14～15]對馬鋼耐火鋼高溫下材料性能進行試驗研究,回歸分析試驗結果擬合得到了馬鋼耐火鋼高溫材性指標的計算模型,并進行了馬鋼耐火鋼柱的抗火試驗與設計驗算.劉逸祥等[16]應用數值方法對耐火鋼圓鋼管混凝土柱耐火極限和承載力進行研究.但目前還未曾有針對耐火鋼-混凝土組合梁抗火性能方面的研究.

本文進行了3個鋼-混凝土組合梁試件的抗火試驗.1個為普通鋼-混凝土組合梁試件,用來對照；2個防火涂料厚度不同的耐火鋼-混凝土組合梁試件.試驗研究了耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能以及防火涂料厚度對其抗火性能的影響,并和同等條件下的普通鋼-混凝土組合梁進行比較.

1 試驗概況

1.1 試件概況

根據建筑設計防火規范以及構件耐火試驗方法[17-18],本次試驗共設計制作了3個鋼-混凝土組合梁試件,其中1個普通鋼-混凝土組合梁試件(L0)用來對照,2個耐火鋼-混凝土組合梁試件(L1、L2).試件主要材料參數為：鋼梁耐火鋼為舞陽鋼鐵生產的Q345-FR,屈服強度423 MPa,極限強度603 MPa,初始彈性模量為2.03×105MPa；普通鋼為Q345B,屈服強度393 MPa,極限強度534 MPa,初始彈性模量為2.05×105MPa.混凝土采用商品混凝土,強度等級C40,試驗時齡期為73 d,立方體抗壓強度實測值為 50.2 MPa.防火涂料為非膨脹型厚型鋼結構防火涂料,密度為400 kg/m3,熱容1 000 kJ/(kg·℃),導熱系數0.113 W/(m·K),其中L0和L1防火涂料厚度為15 mm,L2防火涂料厚度為25 mm.

1.2 試件構造、加載點及測點布置

混凝土樓板內鋼筋采用直徑為8 mm的HRB400鋼筋,間距135 mm雙層雙向布置,保護層厚度20 mm；抗剪栓釘直徑18 mm,長度為80 mm,縱向間距300 mm,雙排布置；混凝土翼緣板寬1 350 mm,厚度為100 mm；鋼梁截面尺寸為400 mm×150 mm×10 mm×10 mm；組合梁兩端簡支,跨度5.1 m.采用4點對稱集中加載的方式加載,每個加載點施加的集中荷載大小為100 kN,荷載比約為0.55(本文荷載比指試驗中千斤頂施加的外荷載在梁跨中所產生的彎矩與該簡支組合梁跨中承載力設計值的比值).

試件的加載點、位移測點、溫度測點布置如圖1和2所示.試件主要參數如表1所示.其中,hc為樓板厚度,di為涂料厚度,F為豎向集中力荷載.

圖1 加載點和位移測點布置圖Fig.1 Testing apparatus size of test specimen

圖2 截面1-1溫度測點編號及布置圖Fig.2 Thermocouple layout of section 1-1

試件編號hc/mmdi/mmF/kN鋼梁截面/mm鋼材類型L010015100H400×150×10×10Q345BL110015100H400×150×10×10Q345-FRL210025100H400×150×10×10Q345-FR

2 試驗方案

試驗在同濟大學土木工程防災國家重點試驗室的抗火試驗室水平結構構件抗火試驗爐中進行,試驗爐的平面尺寸為：4.5 m×3.6 m×3 m,可以進行鋼筋混凝土梁、板,各類鋼構件,鋼-混凝土組合構件的抗火試驗.組合梁的集中荷載采用千斤頂來施加,其液壓加載系統為自動控制,可按照預定加載模式控制加載過程,能自動保載.在試驗時,爐內按ISO-834標準升溫曲線升溫,試驗時爐內升溫曲線與ISO-834標準升溫曲線對比如圖3所示,其中,θ為爐內溫度,t為升溫時間.從圖3中可以看出,試驗時爐內升溫曲線和標準升溫曲線吻合很好,試驗爐內升溫得到良好控制.

在試驗過程中,測量了爐內實際升溫曲線,鋼梁、混凝土板內部的升溫過程和組合梁的跨中豎向位移-時間關系曲線.

圖3 升溫曲線Fig.3 Temperature-time curves

試驗采用恒載升溫的方式,試驗前先進行一次預加載,以使試件進入正常的工作狀態,變形和荷載的關系趨于穩定.然后在常溫下分5級等比例加載至試驗設計荷載(100 kN),持荷5 min后點火升溫,直至試件的跨中撓度達到極限變形值(支承間距的1/20),試驗結束.

3 試驗現象

3個試件均在常溫下分五級等比例加載至試驗設計荷載后,在混凝土板的端部、鋼梁上翼緣與混凝土接觸面處并未看到細微的裂縫.高溫下試驗現象如下所述.

3.1 普通鋼-混凝土組合梁(L0)試驗現象

點火升溫時間約5 min,混凝土樓板中自由水從組合梁與試驗爐爐蓋之間的縫隙處溢出.當t=15 min時,混凝土板表面開始有少量水分聚集,隨著試驗的進行逐漸增多并不斷蒸發.當t=34 min時,組合梁南側混凝土板端面出現水平剪切裂縫,并且隨著試驗的進行不斷延伸和擴展,當t=36 min時，北側混凝土板端面出現垂直板底的豎向裂縫,但裂縫較小直到試驗結束沒有太大擴展.當t=39 min時,混凝土板表面水分蒸發形成明顯水漬又轉而變淡并消失.當t=47 min時,由于混凝土內水分大量蒸發,水蒸氣來不及從混凝土中冒出,在混凝土封閉孔隙中積聚的水蒸氣產生高壓,使混凝土爆裂,并伴有輕微的“爆裂”聲.當試驗進行到當t=64 min時,跨中豎向位移達到跨度的1/30,豎向變形速率迅速增大,組合梁跨中向下位移過大導致組合梁混凝土樓板與試驗爐蓋板之間出現縫隙,試驗爐內火和高溫空氣會溢出,未免造成意外,停止高溫加載試驗.

試驗后,觀察發現跨中鋼梁的防火涂層空鼓開裂但是沒有剝落,可黏結力已較差.試驗中,混凝土板表面一直有水分存在,不易觀測混凝土板裂縫的出現情況,熄火等爐溫和組合梁的溫度冷卻到室溫時,觀測到跨中混凝土板有沿著鋼梁翼緣邊緣的縱向細裂縫,沒有一條明顯的橫向貫穿組合梁跨中的壓潰主裂縫,但跨中及其附近區域可看到多條垂直于板底的受拉裂縫.試件L0的主要試驗過程及現象如圖4～7所示.

圖4 放置在試驗爐上的試件L0狀況Fig.4 Specimen L0 on furnace before test

圖5 試件L0混凝土板表面水汽彌漫Fig.5 Water vapor upon concrete slab of specimen L0

圖6 試件L0混凝土板端部裂縫Fig.6 Fractures at end of beam of specimen L0

圖7 試件L0跨中防火涂料狀況Fig.7 Fire insulation at mid-span of Specimen L0

3.2 耐火鋼-混凝土組合梁試驗現象

3.2.1 耐火鋼組合梁L1 試驗現象 點火升溫約17 min,混凝土樓板表面積水成片,隨著不斷蒸發,大約36 min后,混凝土表面的水分漸漸變成水漬又轉而變淡,大約當t=55 min時,板面水分蒸干消失.在試驗升溫約當t=15 min時,混凝土樓板北端面出現垂直于板底的豎向裂縫,升溫約當t=17 min時,混凝土板南端面出現垂直于板底的豎向裂縫,且隨著試驗進行逐漸擴展.升溫約當t=75 min后,跨中豎向撓度已超過100 mm.試驗進行到93 min左右時,跨中豎向位移達到跨度的1/30,變形速率迅速增大,樓板與爐蓋板之間出現縫隙,停止高溫加載試驗,但試驗過程中沒有聽到混凝土“爆裂”聲.

試驗后,鋼梁跨中部分的防火涂層開裂、空鼓沒有剝落,但底面已經喪失黏結能力,拆除試件時輕微振動即掉落.跨中混凝土板上表面有沿著鋼梁翼緣邊緣的縱向細裂縫,沒有明顯的橫向貫穿組合梁的主壓裂縫,但跨中及其附近區域有多條垂直于板底的受拉裂縫,樓板下表面混凝土局部呈粉狀剝落.試件L1的主要試驗過程及現象如圖8～11所示.

圖8 試件L1混凝土板面積水狀況Fig.8 Water upon concrete slab of specimen L1

圖9 試件L1跨中明顯豎向變形Fig.9 Vertical deflection at mid-span of specimen L1

圖10 試件L1跨中防火涂料狀況Fig.10 Fire insulation at mid-span of Specimen L1

圖11 試件L1混凝土板底面剝落狀況Fig.11 Concrete spalling at bottom of slab of specimen L1

3.2.2 耐火鋼組合梁L2 試驗現象 點火升溫時間約28 min,混凝土樓板表面積水成片并不斷蒸發,當t=35 min后,水分漸漸變成水漬又轉而變淡,約當t=64 min時,板面水分蒸干消失.另一方面,試驗升溫約當t=21 min時,組合梁南端鋼梁和混凝土接觸面輕微脫開,混凝土板端面出現垂直于板底的豎向裂縫,但裂縫較細,升溫約當t=40 min,混凝土板北側端面出現垂直于板底的現豎向裂縫.升溫約當t=50 min,混凝土板南端部出現橫向剪切裂縫,并隨著試驗的進行逐步開展.升溫約當t=110 min時,跨中豎向撓度已超過100 mm.當試驗進行到當t=132 min時,跨中豎向位移達到跨度的1/30,變形速率迅速增大,停止高溫加載試驗,L2試驗過程中也沒有聽到混凝土“爆裂”聲.

試驗后發現鋼梁跨中部分防火涂料保護層開裂、空鼓但沒有剝落,跨中混凝土板上表面有沿著鋼梁翼緣邊的緣縱向細裂縫,沒有一條明顯的橫向貫穿的壓潰主裂縫,但跨中及其附近區域可看到多條垂直于板底的受拉裂縫,混凝土樓板下表面嚴重粉狀剝落.試件L2的主要試驗過程及現象如圖12～15所示.

以上3個鋼-混凝土組合梁抗火性能試驗過程中的主要試驗現象及對比如表2所示.表中t1為出現水蒸汽時間,t2為混凝土板積水時間,t3為發生明顯變形時間,t4為出現端部裂縫時間,t5為熄火時間.

圖12 試件L2混凝土板端部裂縫Fig.12 Fractures at end of beam of specimen L2

圖13 試件L2跨中明顯豎向變形Fig.13 Vertical deflection at mid-span of specimen L2

圖14 試件L2防火涂料及混凝土剝落狀況Fig.14 Fire insulation and concrete spalling of specimen L2

圖15 試件L2混凝土板底面剝落狀況Fig.15 Concrete spalling at bottom of slab of specimen L2

試件t1/mint2/mint3/mint4/mint5/minL0515573464L1517751793L261611021132

3.3 試驗現象總結

組合梁在抗火試驗過程中均是先水分溢出,在板面積聚后又蒸發變干.混凝土樓板端面均會出現垂直于板底的豎向裂縫.整個抗火試驗過程中,均未發生鋼梁平面外的整體失穩,也沒有發生栓釘的抗剪破壞,試驗中未出現橫向貫穿組合梁混凝土板的壓潰主裂縫.3個試驗中,梁端栓釘頂部高度位置混凝土均出現水平剪切裂縫,其中以普通鋼-混凝土組合梁的剪切裂縫寬度最大.構件達到極限狀態時,3個組合梁試件跨中的防火涂料保護層均出現空鼓、開裂卻都沒有發生剝落,但黏結力已經很差.普通鋼-混凝土組合梁抗火試驗過程中,聽到混凝土“爆裂”聲,但2個耐火鋼-混凝土組合梁抗火試驗過程中均沒有,可能是由于爆裂的發生具有不確定性[19]等原因,同時混凝土配料中有粉煤灰摻和料,也改變了混凝土的抗爆裂性,而且試驗后觀察到2個耐火鋼-混凝土組合梁混凝土板下表面混凝土呈不同程度的層狀剝落,受火時間越長剝落越厲害.

4 試驗結果及分析

4.1 溫度結果

試驗過程中測量的組合梁截面鋼梁和混凝土板內相應測點的溫度和按照《建筑鋼結構防火技術規范》[20](以下簡稱規范)的計算結果進行對比.其中,鋼梁截面溫度的試驗結果和按照規范[20]中有非膨脹型保護層的鋼構件升溫計算公式(6.3節相關規定)計算的結果進行對比,具體如圖16、17和18所示.其中,θs為鋼梁測點溫度.混凝土樓板的溫度試驗結果和按規范[20]中提供的火災下組合梁混凝土樓板平均溫度簡化計算方法(規范表8.3.1)的計算結果進行對比,具體如圖19、20和21所示.其中,θc為混凝土測點溫度

圖16 試件L0鋼梁測點溫度Fig.16 Temperature development in steel beam of specimen L0

圖17 試件L1鋼梁測點溫度Fig.17 Temperature development in steel beam of specimen L1

圖18 試件L2鋼梁測點溫度Fig.18 Temperature development in steel beam of specimen L2

圖19 試件L0混凝土板測點溫度Fig.19 Temperature development in concrete slab of specimen L0

圖20 試件L1混凝土板測點溫度Fig.20 Temperature development in concrete slab of specimen L1

圖21 試件L2混凝土板測點溫度Fig.21 Temperature development in concrete slab of specimen L2

通過對3個試件的試驗結果的分析并和計算結果對比可以發現：

1)混凝土板對鋼梁截面的溫度分布影響很大.鋼梁上翼緣和混凝土板接觸,由于混凝土吸收大量熱量,鋼梁上翼緣溫度要明顯低于鋼梁其他部分的溫度,但下翼緣溫度與腹板溫度接近.

2)鋼梁對混凝土板的溫度分布也有一定的影響,鋼梁上部混凝土板升溫比下部無鋼梁的板稍慢,但影響較小.

3)混凝土板中由于水分的蒸發,混凝土板升溫有延遲,水分蒸發完之前,混凝土板測點的升溫曲線在100 ℃附近有明顯的恒溫部分；混凝土板的升溫較慢,混凝土板的溫度要遠低于鋼梁的溫度.

4)涂料厚度對鋼梁的升溫有較大影響,厚度越大,鋼梁升溫越慢.

5)對比試驗結果和按照規范[20]的計算結果可以看到,鋼梁腹板和下翼緣的計算結果和試驗結果吻合很好,但鋼梁上翼緣試驗溫度值低于計算結果,主要是由于按規范[20]計算時混凝土板與鋼梁上翼緣的界面按照絕熱邊界考慮,故沒有考慮混凝土板的吸熱作用,使得計算值偏高,但偏于安全,這也表明規范[20]中組合梁截面溫度的計算方法同樣適用于耐火鋼-混凝土組合梁鋼梁截面的升溫計算.

6)混凝土樓板的升溫實測值與簡化方法計算值存在一定偏差且低于計算結果,L0、L1、L2達到耐火極限時使用簡化方法計算的樓板平均溫度與實測值分別偏差7.5%、14.4%、21.7%,受火時間越長,偏差加大,這與試驗時混凝土含水率較大、簡化公式自身精度、試驗時具體條件等其他影響因素有關.總的來說,試驗結果可以定性的反應受火過程中混凝土樓板的狀況.

4.2 跨中撓度

試驗過程中3個組合梁試件的跨中撓度-時間曲線如圖22所示.其中,uy為跨中豎向撓度.

圖22 跨中撓度-時間曲線對比Fig.22 Time-vertical deflection curves at mid-span

1)當撓度達到梁跨的1/30時,跨中混凝土樓板雖未出現壓潰主裂縫,但組合梁變形速率已迅速加快,且按照規范[20]計算試件撓度達到l/30時刻組合梁截面承載力,可得試件L0、L1和L2的截面極限抵抗彎矩值M0分別為277.9、275.9、287.7 kN·m,而試驗時施加外荷載所產生的彎矩M=267 kN·m,試件截面抵抗彎矩值與外彎矩的偏差((M0-M)/M0×100%)分別為3.9%、3.2%、7.2%,截面抵抗彎矩略大于外荷載引起的彎矩,尚有富余,可用撓度達到梁跨的1/30作為判斷簡支耐火鋼-混凝土組合梁達到抗火極限狀態的界限.

2)荷載比為0.55,涂料厚度15 mm時,標準升溫下耐火鋼-混凝土組合梁耐火極限時間為93 min,比相同條件下的普通鋼-混凝土組合梁的耐火極限時間64 min提高了45.3%,使用耐火鋼可以改善組合梁的抗火性能,提高其耐火極限.

3)當涂料厚度25 mm時,耐火鋼-混凝土組合梁的耐火極限時間為132 min,比涂料厚度為15 mm時提高了37.5%,防火涂料厚度對耐火鋼-混凝土組合梁的耐火極限有重要影響.

5 結 論

本文通過對2個耐火鋼-混凝土組合梁試件和1個普通鋼-混凝土組合梁試件在標準升溫條件下的抗火試驗研究得出以下結論：

(1)可以用撓度達到梁跨的1/30作為判斷簡支耐火鋼-混凝土組合梁達到抗火極限狀態的界限.

(2)當荷載比為0.55時,標準升溫條件下涂料厚度15 mm的耐火鋼-混凝土組合梁耐火極限時間為93 min,達到梁二級防火要求,比相同條件下的普通鋼-混凝土組合梁的耐火極限時間64 min提高了45.3%.在一定的火災和荷載等條件下,耐火鋼-混凝土組合梁具有更好的抗火性能.

(3)防火涂料厚度對耐火鋼-混凝土組合梁的耐火極限有著重要的影響,當荷載比為0.55時,防火涂料厚度從15 mm增加到25 mm,耐火鋼-混凝土組合梁耐火極限時間提高37.5%.

(4)使用耐火鋼,可以改善組合梁的抗火性能,減少防火涂料的用量.

本文的研究結果給耐火鋼-混凝土組合梁的抗火性能理論分析提供依據,可供耐火鋼-混凝土組合梁的設計和應用參考,為耐火鋼-混凝土組合梁的抗火設計的標準和規范的制定提供依據.

[1] 童根樹.鋼結構設計方法[M].北京:中國建筑工業出版社,2007: 158-162.

[2] 王衛永, 李國強. 鋼-混凝土組合梁抗火性能研究綜述 [J].建筑鋼結構進展,2014, 16(5): 1-8.

WAN Wei-yong, LI Guo-qiang. A state-of-the-art review on fire resistance of steel-concrete composite beams [J]. Progress in Steel Building Structures, 2014, 16(5): 1-8．

[3] 李國強,周宏宇.鋼-混凝土組合梁抗火性能試驗研究[J].土木工程學報,2007, 40(10): 19-26.

LI Guo-qiang, ZHOU Hong-yu. Experimental study on the fire-resistance of steel-concrete composite beams [J]. China Civil Engineering Journal, 2007, 40(10): 19-26．

[4] 李國強,丁軍.耐火鋼梁的抗火性能參數分析與抗火設計[J].鋼結構,2003,18(5): 52-55．

LI Guo-qiang, DING Jun. Parametric studies and fire-safety design of fire-resistant steel beams [J]. Steel Construction, 2003, 18(5): 52-55．

[5] 完衛國,吳結才.耐火鋼的開發與應用綜述[J].建筑材料學報,2006,9(2): 183-189.

WAN Wei-guo, WU Jie-cai. Review of research and applications of fire-resistant steel [J]. Journal of Building Materials, 2006, 9(2): 183-189．

[6] 王澤林,王文仲,郝森.建筑結構用耐火鋼的耐火極限試驗[J].鋼結構,2004,19(4): 56-58．

WANG Ze-lin,WANG Wen-zhong,HAO Sen. Fire resistance test of fire resistant steel for building [J]. Steel Structure,2004, 19(4): 56-58．

[7] CHIJIIWA R, YOSHIDA Y, UEMORI R, et al. Development and practical application of fire resistant steel for buildings [J]. Nippon Steel Technical Report(Japan), 1993, 58: 47-55.

[8] SAKUMOTO Y, SAITO H. Fire-safe design of modern steel buildings in Japan [J]. Journal of Constructional Steel Research, 1995, 33(1): 101-123.

[9] SAKUMOTO Y, YAMAGUCHI T, OHASHI M, SAITO H. High-temperature Properties of fire-resistant steel for buildings [J]. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1992, 118(2): 392-407．

[10] SAKUMOTO Y, YAMAGUCHI T, OKADA T. Fire resistance of fire-resistant steel columns [J]. Journal of Structural Engineering, ASCE, 1994, 120(4): 1103-21．

[11] SAKUMOTO Y, NISHIDA I. Experimental study on fire resistance of fire-resistant steel beams [J]. Fire Science and Technology, 1998, 18(1):1-9．

[12] SAKUMOTO Y, OKADA T, YOSHIDA M Y et al. Fire resistance of concrete-filled, fire-resistant steel-tube columns [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 1994, 6(2): 169-184．

[13] DING Jun, LI Guo-qiang, SAKUMOTO Y. Parametric studies on fire resistance of fire-resistant steel members[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2004, 60: 1007-1027．

[14] 蔣首超,陸立新,李國強,等.馬鋼耐火鋼高溫下材料性能試驗研究[J].土木工程學報,2006,39(8): 72-75.

JIANG Shou-chao, LU Li-xin, LI Guo-qiang, et al. An experimental study on high-temperature properties of fire-resistant steel made by Masteel [J]. China Civil Engineering Journal, 2006, 39(8): 72-75．

[15] 李國強,陸立新,蔣首超,等.馬鋼耐火鋼柱的抗火試驗與設計驗算[J].建筑鋼結構進展,2006,8(4): 12-16.

LI Guo-qiang, LU Li-xin, JIANG Shou-chao, et al. Fire-resistant experiments and theoretical calculations of fire-resistant steel columns [J].Progress in Steel Building Structures, 2006, 8(4): 12-16．

[16] 劉逸祥,童根樹,張磊.耐火鋼圓鋼管混凝土柱耐火極限和承載力[J].浙江大學學報:工學版,2015,49(2): 208-217.

LIU Yi-xiang, TONG Gen-shu, ZHANG Lei. Fire resistance and load-bearing capacity of concrete filled fire-resistant steel tubular columns with circular cross-section [J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2015, 49(2): 208-217．

[17] GB50016-2006.建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社,2006.

GB50016-2006. Code for fire protection design of building [S]. Bei Jing: China Planning Press, 2006．

[18] GB/T9978-2008.建筑構件耐火試驗方法[S]. 北京：中國標準出版社,2008.

GB/T9978-2008. Fire-Resistance Tests-Elements of Building Construction [S]. Bei Jing: Standards Press of China, 2008．

[19] 傅宇方,黃玉龍,潘智生,等.高溫條件下混凝土爆裂機理研究進展[J].建筑材料學報,2006, 9(3): 323-329.

FU Yu-fang,WONG Yuk-lung,POON Chi-sun,et al. Literature review of study on mechanism of explosive spalling in concrete at elevated temperatures [J]. Journal of Building Materials, 2006, 9(3): 323-329.

[20] CECS200: 2006.建筑鋼結構防火技術規范[S].北京：中國計劃出版社,2006.

CECS200: 2006. Technical Code for fire safety of steel structure in buildings [S]. Bei Jing: China Planning Press, 2006．

Experiments on fire-resistance performance of fire-resistant steel-concrete composite beams

JIANG Xiang, TONG Gen-shu, ZHANG Lei

(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

Fire resistance tests were carried out on 2 fire-resistant steel-concrete composite beams (FRSCCB)with different thicknesses of fire fireproof coating, and 1 conventional structural steel-concrete composite beam(CSSCCB) under the same conditions as a control group. The furnace temperature, the temperature distribution along the composite beam sections and the mid-span deflection were measured. The test results show that the simply supported FRSCCB reaches its fire limit state when the mid-span deflection reaches 1/30 of the span. The fire-resistance time of the first set FRSCCB with 15 mm fireproof coating is 93 min and exceeds the fire-resistance time of CSSCCB which is 64 min more than 45.3%.The fire-resistance time of the FRSCCB with 25 mm fireproof coating is 132 min, which surpasses the Grade 1 beam fire-resistance requirement according to Chinese code GB50016: 2014. In conclusion, the fire-resistant steel can be used to improve the fire resistance performance of steel-concrete composite beams and to decrease the thickness of fire proof coating.

fire-resistant steel； composite beam； fire resistance performance； fire resistance behavior

2015-10-30.

國家科技支撐計劃資助項目(2012BAJ13B04).

蔣翔(1989—)，男，博士生，從事鋼結構穩定性和抗火等研究. ORCID： 0000-0002-9164-3452. E-mail: civilj@zju.edu.cn

童根樹，男，教授，博導.ORCID： 0000-0002-3985-8429. E-mail: tonggs@zju.edu.cn

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.08.006

TU 398; TU 317

A

1008-973X(2016)08-1463-08

浙江大學學報(工學版)網址： www.journals.zju.edu.cn/eng