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級鋼筋作為一種高強鋼筋,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。鑒于以上優(yōu)異的綜合性能,600 MPa級鋼筋已經(jīng)在國外一些發(fā)達國家普及使用,而在我國針對600 MPa級鋼筋的研究也正在逐步展開,管俊峰等[2-4]研究了600 MPa級新型抗震鋼筋力學(xué)特性并進一步探索了600 MPa級高強鋼筋混凝土梁的抗裂及變形性能。而目前對于600 MPa級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)于低強度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的[5-6]。因此,進行高溫后600 MPa級鋼筋的力學(xué)性能研究可為600 MPa級鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計及災(zāi)后的損傷程度評定與修復(fù)提供依據(jù)。

1 試驗方案設(shè)計

1.1 試驗材料

本試驗所用材料為直徑18 mm、經(jīng)過特殊工藝軋制而成的600 MPa級高強鋼筋,試樣長度為500 mm。

1.2 試驗方法

試驗采用箱式電爐,最高加熱溫度為1 200℃。試驗時將鋼筋試樣放入箱式電爐內(nèi),2 h加熱到目標溫度(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的電液伺服萬能試驗機進行高溫后鋼筋試件的軸向拉伸試驗,根據(jù)《金屬材料拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》(GB/T 228.1—2010)[7]規(guī)定的試驗方法進行加載,全程采用“力控”加載模式,試驗過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。可以看到,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、強化階段和徑縮階段組成,其屈服臺階相比常溫時的高強鋼筋試件有所提高,但極限強度變化不大。 經(jīng)歷750℃高溫作用后的鋼筋試樣屈服階段消失,但其極限抗拉強度相比于常溫和550℃時的試件顯著增大。

圖1 典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

2.2 強 度

圖2給出了高溫后600 MPa級高強鋼筋極限抗拉強度和屈服強度的試驗結(jié)果?？梢钥闯?高溫對于600 MPa級高強鋼筋的極限抗拉強度和屈服強度均有一定程度影響。與常溫時的鋼筋試樣相比,550℃高溫作用后鋼筋的極限強度下降0.5%,屈服強度則增加2.7%；而750℃高溫作用后鋼筋的極限強度呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢,與常溫時和550℃高溫作用后的高強鋼筋相比,極限抗拉強度分別提高了25.8%和26.4%。但是需要指出的是,600 MPa級高強鋼筋在750℃高溫作用后,其屈服臺階消失,無屈服強度。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級高強鋼筋強度變化

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

3 結(jié) 論

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

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

3)使用600 MPa級高強鋼筋進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計時，應(yīng)該考慮不同溫度對于鋼筋的影響；在進行火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)安全性評價時，應(yīng)該考慮淋水滅火方式的影響。

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