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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,混凝土的强度,混凝土受到高温作用时，
2、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
3、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：,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
4、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,混凝土高温时弹性模量折减系数,混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。,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
5、，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
6、下的强度与常温时强度之比为钢筋的设计强度折减系数，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
7、度恢复。下图是根据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，普通热轧钢筋在600以前，屈服强度没有降低；600以后，呈线性降低。预应力钢筋在300以后，强度降低较快，600时降低50。冷加工钢筋在420以前，屈服强度没有降低；420以后线性降低。 根据四川消防科研所研究，也得到同样的结论。并且证明，钢筋混凝土结构所用的I、II级钢筋，在600以前冷却后各项机械指标均满足工程要求。 最后应当说明，无论是火灾时和火灾后，钢筋的抗压强度折减系数均可取相应的抗拉强度折减系数相同值。,钢筋高温后的强度,钢筋的弹性模量,试验表明，钢筋在火灾时热态弹性模
8、量随温度升高而降低，但同钢筋种类和级别关系不大。其弹性模量折减系数KsE可按下表采用。 四川消防科研所研究表明，钢筋在火灾后即冷态时弹性模量无明显变化，可取常温时的值。,钢筋的变形,钢筋在热态下的应力应变曲线如图所示。其中图a为软钢的应力应变曲线，图b为硬钢的变形曲线。 当钢筋受热温度500时，冷却后其应力应变曲线和常温相同；当受热温度500时，屈服平台消失，如图所示。,软钢热态应力应变曲线,硬钢热态变形曲线,钢筋冷却后应力应变曲线,钢筋和混凝土之间的粘结力,由于混凝土在高温时和高温后其强度下降，必然引起钢筋和混凝土间粘结强度的下降。纵观国外的研究成果，可以得出下述普遍性结论： 1.高温作用下
9、和高温作用冷却后，钢筋和混凝土之间的粘结强度会受到损伤。随温度增高，粘结强度呈连续下降趋势。 2.混凝土抗压强度的损伤系数和变形钢筋粘结强度的损伤系数是同一量级的，冷却后的抗压强度仅比粘结强度稍大。 3.变形钢筋的粘结强度比光圆钢筋的粘结强度大得多，严重锈蚀的光圆钢筋的粘结强度好于新轧光圆钢筋的粘结强度。 4.影响粘结强度的因素很多，如强度、试验程序、钢筋形状和混凝土性能等，因而各个试验得出的损伤系数有一定差异，但总的变化趋势是一致的。 5.高温下的粘结性能比冷却后的粘结性能稍好一些。,四川消防科研所根据这些普遍结论，同时参考美国和CIBW14工作组的研究结果，推荐冷却后的残余粘结强度的损伤系数K如表,钢筋和混凝土之间的粘结力,
