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1、许海斌王晓峰杨晨吴琪宇朱泽宇浙江科技学院钢筋混凝土结构抗高温性能研究综述【摘要】随着钢筋混凝土在现代建筑中越来越广泛的使用和近年来建筑物火灾发生的增长,人们有必要对混凝土结构的火损伤行为有更系统和量化的理解。在高温(火灾)条件下,钢筋混凝土的结构性能将发生重要的变化,比如抗压、抗拉强度,粘结锚固性能损失等等。本文就从高温(火条件)下及高温后普通钢筋、预应力钢筋及混凝土等结构材料在材料性能退化规律的研究成果方面进行简要的介绍,从而掌握钢筋混凝土抗高温的性能规律，为保障火灾时人民的生命财产安全做出贡献。【关键词】钢筋；混凝土；
2、高温；抗火性能1钢筋混凝土构件截面温度场的计算高温作用下,材料性能受到不同程度的损伤,混凝土的强度和弹性模量随温度升高而降低,钢筋虽有混凝土保护,强度也会降低.无论是进行高温下和高温后钢筋混凝土材料的强度和变形规律研究,以及钢筋混凝土构件和结构抗火性能的理论分析,还是计算构件和结构的高温承载力和火灾后剩余承载力,都必须首先分析构件的截面温度场.在火灾中,钢筋混凝土构件截面的温度分布随着时间发生变化,升温曲线!构件截面形状!材料的热工性能等都会影响截面的温度场.在确定结构温度场时,一般可根据工程要求的计算精度采用如下几种方法
3、:简化成稳态的和线性的一维或二维问题,求解析解;用有限元法或差分法,或二者结合的方法,编制计算机程序进行数值分析,有些通用的结构分析程序可以计算简单的温度场问题;制作足尺试件进行高温试验,加以实测;直接利用有关设计规程和手册所提供的温度场图表或数据.1.1火灾温度的确定方法文献[1]认为国际标准化组织(ISO)采用的火灾升温曲线能满足大多数火灾的升温曲线,为多数国家所采用.标准升温曲线可按公式(1)计算:（1）式中T－在时间t时的炉温,℃;－加温前炉内温度℃,t－时间,min根据火灾区域面积!可燃物种类和数量、通风条件等计
4、算出火灾燃烧持续时间,再根据标准升温曲线推算出火灾温度,或者根据火灾后现场残留物燃烧情况来判断火灾温度.求得火灾温度后,可根据热传导理论计算出构件表面温度和截面温度场.1.2混凝土的热工性能在分析截面温度场时,必须掌握材料的基本热工性能,比如温度膨胀变形、单位热容量、导热系数和质量密度等.这些参数的数值因材料而异,随温度的升高而非线性地变化.混凝土的热工性能因原材料的矿物化学成分!配合比和含水率等因素的差别而有较大变化,且试验数据的离散度大,下面简单列举各参数的一般变化规律.(1)质量密度:混凝土升温后失水,质量密度略有减
5、小,计算时一般取常值2400kg/m3.(2)热膨胀系数:随温度增加,不同骨料混凝土的值都将增大,但超过一定温度(T≥800℃)时,近似常数,为简化计算,不考虑骨料类型的影响,直接给出与温度的关系:（1/℃）(2)(3)单位热容量Cc:指单位质量的材料温度升高1℃所吸入的热量.混凝土的单位热容量随温度的升高而缓慢增大,而骨料类型!配合比和水分对混凝土的热容量影响都不大.文献[2]给出了简化的计算公式:(℃)20℃≤T≤1200℃(3)(4)导热系数:指单位温度梯度情况下通过单位面积的热流速度,单位为W/(℃).混凝土的导热
6、系数随温度升高而明显减少,不同骨料的混凝土的导热系数可相差一倍以上.当温度升高后,除了轻骨料混凝土外,一般常用的混凝土骨料对导热系数影响随温度升高而减小.因此,文献[3]给出了导热系数与温度的简化关系式:(4)2结构材料的抗高温力学性能结构的抗火性能包括结构在火灾时和火灾后的承载能力、变形能力、稳定性和完整性.结构材料的高温性能(高温下和冷却后)是研究结构抗火性能的基础.钢筋混凝土材料的高温性能主要包括钢筋和混凝土在高温下和冷却后的强度、弹性模量、应力应变关系、膨胀、收缩、徐变及两种材料间的粘结滑移性能.文献[1]根据已有
7、的工程实践经验和试验研究成果，抗高温的钢筋混凝土结构具有下述受力特点：（1）不均匀温度——混凝土的导热系数极低。结构受火后表面温度迅速升高，但杆系结构一般不考虑沿构件纵向的温度不均匀性。决定截面温度场的主要因素是火灾温度和持续时间，以及构件的形状、尺寸和混凝土的热工性能等。温度场对结构的内力、变形和承载力等有很大影响。（2）材料性能的严重恶化——高温下，钢筋和混凝土的强度和弹性模量降低很多，混凝土还出现开裂、边角崩裂等现象，是构件的承载力和耐火极限严重下降的主要原因。（3）应力－应变－温度－时间的耦合本构关系——分析一般的
8、常温结构时，只需要材料的应力－应变本构关系。高温结构的温度值和持续时间对于材料的变形及强度值影响很大。（4）截面应力和结构内力的重分布——截面的不均匀温度场产生不等的温度变形和截面应力重分布。超静定结构因温度变形受约束而发生内力重分布，改变了结构的破坏机构和破坏形态，影响了极限承载力。2.1钢筋2.11
