钢筋和混凝土的高温力学性能

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1、钢筋和混凝土的高温力学性能试验表明，钢筋和混凝土随温度升高而力学性能发生变化。此处所讲高温是指短期高温作用。无论对钢筋还是混凝土，测定其短期高温力学性能都有两种试验方法：将材料加热到指定温度，并恒温一定时间，使内外温度达到一致，然后在此热态下测定其力学性能，此种方法测定的力学性能称为材料高温时的力学性能，用于结构在火灾时的承载力计算把材料加热到指定温度，然后冷却到室温，在冷态状态下测定其力学性能，此种方法测定的力学性能称为材料高温后的力学性能，用于结构遭受火灾后的修复补强计算。普通混凝土的性能混凝土的强度混凝土的弹性模量混凝土的应力——应变曲线混凝土

2、的强度混凝土受到高温作用时，其本身发生脱水，其结果导致水泥石收缩。而骨料则随温度升高而产生膨胀，两者变形不协调使混凝土产生裂缝，强度降低。由于脱水，将使混凝土的孔隙率增大，密实度降低。随温度升高，这种作用越剧烈。当温度达到400℃以后，混凝土中Ca(OH)2脱水，生成游离氧化钙，混凝土严重开裂。当温度大于573℃时，骨料中的石英组分体积发生突变，混凝土强度急剧下降。所以，随温度升高，混凝土强度呈下降趋势。混凝土高温时的强度影响混凝土高温时的抗压强度因素很多，尤其是加热速度、试件负荷状态、水泥含量、骨料性质等。多年来，世界各国进行了大量的试验研究，下图

3、给出了已发表的试验结果，图中阴影区为试验值变化范围。混凝土高温时的强度折减系数变化我们定义混凝土在温度T时的抗压强度fcuT与常温下的抗压强度fcu之比为混凝土的抗压强度折减系数，用Kc表示，即混凝土高温时的强度欧洲混凝土协会总结归纳各国的试验结果，推荐下式计算混凝土抗压强度折减系数：式中T为混凝土的受热温度，℃。上式所表示的曲线即上图中实线所示。混凝土高温时的强度混凝土高温后的强度实验表明，混凝土受到高温作用然后冷却到室温时，其抗压强度比热态时要低。根据四川消防科研所试验结果并推荐下表所示的混凝土强度折减系数：温度℃1002003004005006

4、00700800KC0.940.870.760.620.500.380.280.17混凝土高温后强度折减系数已考虑了消防射水对混凝土强度的影响混凝土的弹性模量由于随温度升高混凝土出现裂缝，组织松弛，空隙失水而失去吸附力，造成变形增大，弹性模量降低。混凝土高温时的弹性模量同混凝土的强度一样，我们定义混凝土在热态状态下的弹性模量与常温下的弹性模量之比为混凝土的弹性模量折减系数，用KcE表示，其值随温度的变化情况列于表温度℃100200300400500600700KCE1.000.800.700.600.500.400.30混凝土高温时弹性模量折减系数混

5、凝土在高温后的弹性模量实验表明，混凝土加热并冷却到室温时测定的弹性模量比热态时弹性模量要小。表列出了由四川消防研究所根据其试验结果所推荐的数值。温度℃100200300400500600700800KCE0.750.530.400.300.200.100.050.05混凝土高温后的弹性模量折减系数混凝土的应力——应变曲线混凝土在高温作用时和作用后其一次加荷下的应力——应变曲线和常温下相似。由于混凝土弹性模量和强度的降低，只是曲线应力峰值降低，曲线更为平缓。对于受热冷却后的混凝土，这种现象更为明显混凝土的应力应变曲线钢筋的性能钢筋的强度钢筋的弹性模量钢

6、筋的变形钢筋的强度钢筋混凝土结构在火灾温度作用下，其承载力与钢筋强度关系极大。因此，国内外对各类钢筋、钢丝、钢绞线都进行了较为系统的试验研究。结果表明，钢筋在热态时的强度大大低于先加温后冷却到室温时测定的强度。所以，构件在火灾时的承载力计算和火灾后修复补强计算时钢筋强度的取用不可混为一谈。钢筋高温时的强度普通低碳钢筋，随温度升高，屈服台阶逐渐减小。到300℃时，屈服台阶消失，其屈服强度取条件屈服强度。在400℃以下时，其强度比常温时略高，但塑性降低。超过400℃时，其强度降低而塑性提高。定义钢筋在热态状态下的强度与常温时强度之比为钢筋的设计强度折减系

7、数，用Ks表示。普通低碳钢筋的Ks取值可按下表采用。普通低合金钢在300℃以下时其强度略有提高但塑性降低。超过300℃时其强度降低而塑性增加。低合金钢强度降低幅度比低碳钢稍小。其强度折减系数可按表采用。冷加工钢筋（冷拉、冷拔）在冷加工过程中所提高的强度随温度升高而逐渐减小和消失，但冷加工所减小的塑性可得到恢复。其强度折减系数设计值可按表采用。高强钢丝属硬钢，没有明显的屈服强度。在火灾高温作用下，其极限抗拉强度值降低要比其它钢材更快。设计强度折减系数可按表采用。钢筋高温时的强度钢筋高温后的强度试验表明，钢筋受高温作用后冷却到室温时强度有较大幅度恢复。下

8、图是根据CIBW14（国际建筑科研与文献委员会第十四分委员会）得出的结论，计算时可直接查用。由图可知，普通热