秦培巧

(華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450045)

0 前 言

建筑結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷火災(zāi)后其表層溫度迅速升高,高溫作用致使鋼筋的力學(xué)性能急劇下降,尤其是受力鋼筋強(qiáng)度的降低退化,將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降,造成建筑物坍塌[1]。600 MPa級(jí)鋼筋作為一種高強(qiáng)鋼筋,具有力學(xué)性能良好、可加工性能優(yōu)異、安全性高以及節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。鑒于以上優(yōu)異的綜合性能,600 MPa級(jí)鋼筋已經(jīng)在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家普及使用,而在我國(guó)針對(duì)600 MPa級(jí)鋼筋的研究也正在逐步展開(kāi),管俊峰等[2-4]研究了600 MPa級(jí)新型抗震鋼筋力學(xué)特性并進(jìn)一步探索了600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋混凝土梁的抗裂及變形性能。而目前對(duì)于600 MPa級(jí)鋼筋的耐高溫性能研究較少,現(xiàn)有的建筑防火規(guī)范也僅僅是關(guān)于低強(qiáng)度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的[5-6]。因此,進(jìn)行高溫后600 MPa級(jí)鋼筋的力學(xué)性能研究可為600 MPa級(jí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)及災(zāi)后的損傷程度評(píng)定與修復(fù)提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用材料為直徑18 mm、經(jīng)過(guò)特殊工藝軋制而成的600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋,試樣長(zhǎng)度為500 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用箱式電爐,最高加熱溫度為1 200℃。試驗(yàn)時(shí)將鋼筋試樣放入箱式電爐內(nèi),2 h加熱到目標(biāo)溫度(550℃和750℃),之后恒溫2 h,然后將鋼筋試樣浸水冷卻。采用最大荷載為600 kN的電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行高溫后鋼筋試件的軸向拉伸試驗(yàn),根據(jù)《金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》(GB/T 228.1—2010)[7]規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行加載,全程采用“力控”加載模式,試驗(yàn)過(guò)程中記錄鋼筋的荷載-變形曲線,獲取鋼筋試樣的屈服荷載和極限荷載。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖1給出了高溫后鋼筋試樣典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢钥吹?經(jīng)歷550℃高溫作用后的鋼筋試樣其應(yīng)力-應(yīng)變曲線與常溫時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀基本保持一致,仍由彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和徑縮階段組成,其屈服臺(tái)階相比常溫時(shí)的高強(qiáng)鋼筋試件有所提高,但極限強(qiáng)度變化不大。 經(jīng)歷750℃高溫作用后的鋼筋試樣屈服階段消失,但其極限抗拉強(qiáng)度相比于常溫和550℃時(shí)的試件顯著增大。

圖1 典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2.2 強(qiáng) 度

圖2給出了高溫后600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?高溫對(duì)于600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均有一定程度影響。與常溫時(shí)的鋼筋試樣相比,550℃高溫作用后鋼筋的極限強(qiáng)度下降0.5%,屈服強(qiáng)度則增加2.7%；而750℃高溫作用后鋼筋的極限強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢(shì),與常溫時(shí)和550℃高溫作用后的高強(qiáng)鋼筋相比,極限抗拉強(qiáng)度分別提高了25.8%和26.4%。但是需要指出的是,600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋在750℃高溫作用后,其屈服臺(tái)階消失,無(wú)屈服強(qiáng)度。這主要是由于750℃高溫作用和浸水冷卻引發(fā)鋼筋內(nèi)部金相組織變化造成的[8]。

圖2 高溫后600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋強(qiáng)度變化

經(jīng)歷550℃高溫作用后高強(qiáng)鋼筋試樣的強(qiáng)屈比為1.27,而經(jīng)750℃高溫作用后高強(qiáng)鋼筋試樣無(wú)法計(jì)算出其強(qiáng)屈比。常溫時(shí)鋼筋的強(qiáng)屈比為1.30,表明不同溫度作用及浸水冷卻方式對(duì)鋼筋強(qiáng)屈比結(jié)果影響較大,因此，需要對(duì)具有抗震要求的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮不同溫度和浸水冷卻對(duì)鋼筋強(qiáng)度的影響。

3 結(jié) 論

1)經(jīng)歷550℃高溫作用并經(jīng)浸水冷卻后,600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線仍包括彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和徑縮階段,而750℃高溫作用后的高強(qiáng)鋼筋其屈服臺(tái)階消失。

2)750℃高溫作用對(duì)600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度有顯著的影響,其極限抗拉強(qiáng)度相比常溫和550℃高溫作用的鋼筋試樣來(lái)說(shuō),分別提高了25.8%和26.4%。

3)使用600 MPa級(jí)高強(qiáng)鋼筋進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮不同溫度對(duì)于鋼筋的影響；在進(jìn)行火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)該考慮淋水滅火方式的影響。

[ID:009546]