建筑管道支吊架耐火性能试验研究.pdf
《建筑管道支吊架耐火性能试验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《建筑管道支吊架耐火性能试验研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、建筑防火设计Fire Science and Technology,November 2023,Vol.42,No.11建筑管道支吊架耐火性能试验研究廖曙江1,董朋朋2,黎小涛3,刘义4(1.中机中联工程有限公司,重庆 400012;2.招商局检测认证有限公司,重庆 401121;3.重庆尔安机电设备工程有限公司,重庆 400015;4.中煤科工重庆设计研究院有限公司,重庆 400016)摘要:通过对建筑管道支吊架安装方式的调研,对支吊架的典型锚固形式开展常温和火灾状态下的拉拔力对比试验,验证支吊架的不同锚固方式在火灾情况下的耐火稳定性。结果表明,支吊架不同锚固构件在受火状态下的抗拉能力衰减最
2、大可达到 80%,其结构稳定性存在薄弱环节,锚固点和吊杆存在耐火稳定性降低乃至丧失的情况,不同锚固构件之间耐火性能也存在较大差异,螺杆式锚栓的耐火稳定性最好,化学锚栓的耐火稳定性最弱,需要在实际工程中采取相应的防火保护措施。关键词:支吊架;锚固方式;吊杆;耐火稳定性中图分类号:X932;TU352.5 文献标志码:A 文章编号:1009-0029(2023)11-1512-06建筑内各类消防设备管道数量多、线路长、应用环境复杂,如消防水灭火系统、防排烟系统及消防电线电缆桥架等,相应的支吊架应用非常广泛。人们通常注重支吊架的常规配重功能、抗震功能,没有关注其耐火性能。虽然国内也有在火灾中管道垮塌
3、的案例,但对建筑管道支吊架在火灾状态下的支承性能以及火灾后的抗震功能研究较少1-7,目前针对支吊架的不同锚固方式在火灾状态下的耐火性能研究的成果不多。为加强建筑管道支吊架耐火能力,提高建筑管道在火灾中的稳定性,确保消防设施正常运行,保证持续灭火效能和救援人员安全性,有必要对建筑管道支吊架的耐火性能进行研究。1支吊架常见安装方式及锚固形式工程中使用的支吊架种类繁多,根据相关标准规范规定及目前工程应用情况,考虑到安全性及成本的可控性,工程中多采用传统支吊架,且在管道安装完成后单独对有抗震设防要求的管道进行抗震支架安装。建筑管道支吊架按受力方式分为铰接(丝杆型)支吊架和刚接(焊接型)支吊架,按安装位
4、置分为落地支吊架、墙壁支吊架、梁柱支吊架及楼板支吊架等,支吊架的锚固形式按其附着方向,可以分为侧向锚固和竖向锚固,见图 1。支吊架安装常用的锚固构件有机械锚栓和化学锚栓,见图 2。2试验方法与过程支吊架是通过生根构件(如槽钢底座、通丝杆底座、锚栓)将建筑管道与主体承载结构(如楼板、梁、柱和剪力墙等结构构件)连接在一起,承载结构在火灾中的耐火性能表现将影响管道支吊架系统的安全性。本文重点针对不同锚固构件在竖向锚固时,即支吊架用吊杆通过锚栓安装在楼板的情形,做室温环境与受火情况下的抗拉承载性能对比试验研究。冷拔试验,在室温环境下,分别在叠合楼板和现浇楼板上安装不同类型的锚固构件,每种锚栓类型均安装
5、一(a)单点竖向锚固(b)多点竖向锚固(c)多点竖向锚固(d)抗震支吊架安装图 1支吊架常见锚固安装方式Fig.1Common anchoring installation methods for pipeline supports and hangers化学锚栓锚栓普通型倒锥型扩底型自切底模扩底机械锚栓膨胀型拉爆顶爆套筒式螺杆式图 2常用锚栓类型Fig.2Common types of anchor bolts基金项目:重庆市建设科技项目(城科字2020第6-5)组 3 个,采用微型拉拔仪进行冷态拉拔试验,以获得支吊架不同锚固构件的常温最大抗拔承载力。热拔试验,分别在叠合楼板和现浇楼板上安装
6、不同类型的锚固构件,每种锚栓类型均安装一组 3 个,预加配重试件后,吊装移入耐火试验炉内,以 GB/T 9978.1 建筑构件耐火试验方法 第 1部分:通用要求 规定的标准温升曲线进行测试,如图 3 所示,在炉内升温过程中对部分预加配重荷载的锚固构件受火承载情况进行观察,按楼板耐火极限燃烧 1.5 h,停火后移出炉外,采用微型拉拔仪进行热态拉拔试验,测试支吊架不同锚固构件在受火后的高温最大抗拔承载力。3试验试件与装置3.1试验试件支吊架锚固的基底构件,采用 C30 混凝土制作的普通现浇楼板和装配式叠合楼板,如图 4所示。锚固连接件采用 M8、M10、M12规格的膨胀型锚栓(套筒式、螺杆式、顶爆
7、)、自切底锚栓、化学锚栓(普通型和倒锥型)及 M12规格的通丝吊杆,配重试件选用 215 kg的配重样品。3.2试验仪器与装置拉拔试验选用 HC 系列微型拉拔仪,主要由手动泵、液压缸、智能压力数值显示器及带快速接头的高压油管(配件锚具、转换接头)等部分组成,可以显示锚栓从受力到拔出过程中的拉力值变化并记录最大值。耐火试验在国家消防及阻燃产品质量检验检测中心(重庆)的水平耐火构件检测炉(以下简称水平炉)中开展。该 4.2 m3.0 m 型水平炉由炉体结构系统、燃气系统、炉内温度采集控制系统、炉内压力采集控制系统、压力加载装置系统、试验炉排烟系统、设备操作(显示)系统等组成,如图 5所示。4试验现
8、象4.1锚栓破坏形式当锚栓系统传递的受力荷载大于混凝土基底材料所能承受的最大荷载时,混凝土基底材料会发生破坏现象,而当锚栓与混凝土基材之间附着力足够强,或者混凝土基材具有足够强度,则可能发生锚栓系统自身结构的破坏。4.1.1混凝土锥体破坏在冷、热拔力试验中,膨胀型锚栓(顶爆、套筒式)及M8规格的自切底锚栓都出现了混凝土锥体破坏现象,如图 6所示。4.1.2胶混界面破坏与混合破坏冷拔试验中,普通化学锚栓出现胶混界面破坏现象,即黏结胶体与混凝土接触界面之间出现溃散破坏;倒锥型化学锚栓出现了混合型破坏,即锚栓上部出现轻微倒锥形破坏,下部出现胶混界面破坏,如图 7所示。热拔试验中,普通化学锚栓和倒锥型
9、化学锚栓均出现胶混界面破坏,比较特殊的是火烧后的化学锚栓黏结试验时间/min0 15 30 45 60 75 90 1051 2001 0008006004002000炉内温度/标准温度炉内温度图 3试验升温曲线Fig.3Test temperature rise curve(a)试验用楼板(b)试验配重试件图 4试验基底楼板和配重试件Fig.4Test base floor slab and weighting test piece(a)水平炉(b)试件吊装图 5试验炉与试件吊装Fig.5Test furnace and lifting test specimens(a)顶爆锚栓的混凝土锥体
10、破坏(b)套筒锚栓的混凝土锥体破坏(c)自切底锚栓的混凝土锥体破坏图 6锚栓的混凝土锥体破坏Fig.6Concrete cone failure of anchor bolts1512消防科学与技术2023年 11 月第 42 卷第 11 期组 3 个,采用微型拉拔仪进行冷态拉拔试验,以获得支吊架不同锚固构件的常温最大抗拔承载力。热拔试验,分别在叠合楼板和现浇楼板上安装不同类型的锚固构件,每种锚栓类型均安装一组 3 个,预加配重试件后,吊装移入耐火试验炉内,以 GB/T 9978.1 建筑构件耐火试验方法 第 1部分:通用要求 规定的标准温升曲线进行测试,如图 3 所示,在炉内升温过程中对部分
11、预加配重荷载的锚固构件受火承载情况进行观察,按楼板耐火极限燃烧 1.5 h,停火后移出炉外,采用微型拉拔仪进行热态拉拔试验,测试支吊架不同锚固构件在受火后的高温最大抗拔承载力。3试验试件与装置3.1试验试件支吊架锚固的基底构件,采用 C30 混凝土制作的普通现浇楼板和装配式叠合楼板,如图 4所示。锚固连接件采用 M8、M10、M12规格的膨胀型锚栓(套筒式、螺杆式、顶爆)、自切底锚栓、化学锚栓(普通型和倒锥型)及 M12规格的通丝吊杆,配重试件选用 215 kg的配重样品。3.2试验仪器与装置拉拔试验选用 HC 系列微型拉拔仪,主要由手动泵、液压缸、智能压力数值显示器及带快速接头的高压油管(配
12、件锚具、转换接头)等部分组成,可以显示锚栓从受力到拔出过程中的拉力值变化并记录最大值。耐火试验在国家消防及阻燃产品质量检验检测中心(重庆)的水平耐火构件检测炉(以下简称水平炉)中开展。该 4.2 m3.0 m 型水平炉由炉体结构系统、燃气系统、炉内温度采集控制系统、炉内压力采集控制系统、压力加载装置系统、试验炉排烟系统、设备操作(显示)系统等组成,如图 5所示。4试验现象4.1锚栓破坏形式当锚栓系统传递的受力荷载大于混凝土基底材料所能承受的最大荷载时,混凝土基底材料会发生破坏现象,而当锚栓与混凝土基材之间附着力足够强,或者混凝土基材具有足够强度,则可能发生锚栓系统自身结构的破坏。4.1.1混凝
13、土锥体破坏在冷、热拔力试验中,膨胀型锚栓(顶爆、套筒式)及M8规格的自切底锚栓都出现了混凝土锥体破坏现象,如图 6所示。4.1.2胶混界面破坏与混合破坏冷拔试验中,普通化学锚栓出现胶混界面破坏现象,即黏结胶体与混凝土接触界面之间出现溃散破坏;倒锥型化学锚栓出现了混合型破坏,即锚栓上部出现轻微倒锥形破坏,下部出现胶混界面破坏,如图 7所示。热拔试验中,普通化学锚栓和倒锥型化学锚栓均出现胶混界面破坏,比较特殊的是火烧后的化学锚栓黏结试验时间/min0 15 30 45 60 75 90 1051 2001 0008006004002000炉内温度/标准温度炉内温度图 3试验升温曲线Fig.3Tes
14、t temperature rise curve(a)试验用楼板(b)试验配重试件图 4试验基底楼板和配重试件Fig.4Test base floor slab and weighting test piece(a)水平炉(b)试件吊装图 5试验炉与试件吊装Fig.5Test furnace and lifting test specimens(a)顶爆锚栓的混凝土锥体破坏(b)套筒锚栓的混凝土锥体破坏(c)自切底锚栓的混凝土锥体破坏图 6锚栓的混凝土锥体破坏Fig.6Concrete cone failure of anchor bolts1513Fire Science and Techn
15、ology,November 2023,Vol.42,No.11胶体出现炭化现象,承载力受到较大影响,如图 8所示。4.1.3螺杆钢材破坏在冷、热拉拔试验中,全部螺杆式锚栓和部分 M10和M12 规格的自切底锚栓出现钢材破坏现象,即锚栓被拉断,如图 9所示。4.2吊杆破坏在耐火试验中,对部分化学锚栓、套筒锚栓、螺杆锚栓预施加了配重荷载,以检验在炉膛升温过程中锚栓的承载稳定性。但在试验中,所有预加的配重试件在炉膛温度达到 800 左右,试验开始受火后 2530 min时就全部掉落。开炉后发现,锚栓的锚固点没有脱落,而是吊杆几乎都在离配重试件挂钩上端 1020 cm 左右拉断,系统仍失去承载力,如
16、图 10所示。5试验结果分析5.1拉拔力对比分析以在叠合板锚固的相同规格锚栓 M10 为例,试验结果显示,顶爆式锚栓拉拔力衰减了 27.6%,套筒式膨胀锚栓 拉 拔 力 衰 减 了 31.4%,螺 杆 式 锚 栓 拉 拔 力 衰 减 了28.2%,普通化学锚栓拉拔力衰减了 77.8%,倒锥式化学锚栓拉拔力衰减了 63.37%,自切底锚栓拉拔力衰减了19.6%,其中螺杆式锚栓,虽然其拉拔力平均衰减了 30%左右,但基本都是锚栓构件本体锚杆被拉断,且产生钢材破坏才失效,锚固点自身没有被拔出,能承受的拉拔力较大,因此耐火稳定性最高,化学锚栓(普通型和倒锥型)的拉拔力平均衰减了 60%70%。试验发现
17、,经高温火烧后粘胶出现炭化现象,黏结力基本失效,锚栓全部被拔出,因此耐火稳定性最低。表 1表 4 的试验现象和数据结果表明,不同类型及不同规格的锚栓,在高温火烧后的拉拔力均有不同程度的衰减,支吊架体系的抗拉稳定性均会降低。分析其耐火稳定性,可以得出:螺杆式锚栓套筒式膨胀螺栓自切底式锚栓顶爆式锚栓倒锥式化学锚栓普通化学锚栓。从拉拔力数值分析,锚栓直径越大的抗拉强度越高,稳定性越好,即 M12M10M8。5.2吊杆抗拉强度分析金属在高温下的抗拉强度可以按照 GB/T 228.2-2015 金属材料拉伸试验 第 2 部分:高温试验方法 进行测试。由于文献公开的数据较少,笔者通过 ChatGPT 对不
18、同钢材在不同温度下抗拉强度参数进行收集,见表 5。需要注意的是,这里给出的数据仅供参考,实际上每种钢材在高温下的力学性能都可能会因其化学成分、加工方法等因素而有所不同。此外,高温下的力学性能还与应变速率和升温速率等因素有关,因此具体情况需参考相关标准或进行试验测试。笔者对本试验中使用的M12 规格通丝吊杆(材质 Q235B),在 215 kg 配重荷载下的抗拉强度8-9进行了计算,见式(1)。=Fb/So(1)式中:为抗拉强度,N/mm2(MPa);Fb为拉断时所承受的最大力,N;So为原始横截面积,mm2。(a)普通化学锚栓的胶混界面破坏(b)倒锥型化学锚栓的混合破坏图 7化学锚栓的两种破坏
19、形式Fig.7Two types of failure modes of chemical anchor bolts图 8 化学锚栓黏结胶体的受火炭化Fig.8Fireinduced carbonization of adhesive of chemical anchor bolts(a)冷拔钢材破坏(b)热拔钢材破坏图 9螺杆式锚栓的钢材破坏Fig.9Steel failure of screw type anchor bolts(a)炉内试件正常状态(b)炉内试件掉落状态(c)吊杆软化拉断(d)吊杆拉断点细部图 10吊杆拉断示意图Fig.10Schematic diagram of lif
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 建筑 管道 吊架 耐火 性能 试验 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。