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第十届全闻现代结构『：柙学术研讨会 建筑钢材高温后的力学性能分析 靳猛赵金城刘明路杨秀英 上海交通大学土木工程系， 上海 200240 提要：通过对Q235和Q345两种常用钢材的高温后力学性能试验，研究钢材在经历高温和荷载作用冷却至常温后的力学性 能。并于钢材在常温下的力学性能对比，分析高温后材料屈服强度、极限强度、弹性模量的变化规律，及温度和应 力对其高温后力学性能的影响。为发生火灾后钢结构构件及结构整体的剩余承载力计算及修复加固提供依据，对工 程实践具有较高指导意义。 关键词：高温后屈服强度 荷载历史 一、引言 钢结构抗火研究，不仅要关注结构在高温下的性能，还要研究其高温后的剩余承载力。火灾作用后， 由于钢结构材料强度的下降和钢构件刚度的下降，必然引起结构内部应力的变化。因此。要正确评定钢结 构火灾后整体安全性，就需要对钢结构在火灾作用后的材料性能进行深入研究，钢材在高温下和高温后的 力学性能是进行火灾后钢结构安全性评估和加固的基础和关键。国内外许多专家学者对多种结构用钢材进 行了高温下材料力学性能的研究[1-7]，这些研究一般为恒温加载验或恒载升温试验，给出了恒定温度下钢 材的应力一应变关系和高温下钢材弹性模量、屈服强度、极限强度等性能指标的折减系数或简化公式。但 到目前为止进行的高温后的材料性能试验还很少，并很少涉及荷载历史对钢材高温后材性的影响[8-13]。 本文分别对常用的钢结构用钢材Q235和Q345进行了高温后的材料性能试验研究，试验中主要考虑温度一荷 载历史对钢材高温后性能的影响，并结合已有的研究成果给出钢结构常用钢材高温后各指标的变化规律， 为钢结构工程进行火灾后修复加固提供参考。 二、试验研究 一 试件 两组试件所用材料分别为我国钢结构建筑中常用的Q235和Q345结构钢，为保证化学成分和物理力学 性能的统一，每组试验中的试件均由同一批钢材加工而成。试件依据国家标准《钢及钢产品力学性能试验 件详细尺寸如图1、2所示。根据已有的试验研究[8一10]，高温后钢材的主要力学指标与高温前相比变化不 大，只有在温度超过600℃后再冷却，屈服应力和极限应力有少许降低，但一般降幅不超过10％。故本文 选取550℃到700C为日标温度，通过调整高温下的应力比来分析荷载历史对钢材高温后力学性能的影响。 各试验方案的荷载和温度工况如表1所示。 工业建筑2010增刊 112l 第十坷全国现代结构I程学术研讨会 “±衄 2‰ ∞ ／ ∞J [ ： ／刮E] T 一[：高三繇]_ T而1自 而1L．———生———JL，l口 【； @ 需茹高— —蛊 图l0235试件几何尺寸㈤ 图2口345试件几何尺寸 r神 蓑1试验方案 注：行为相应材科常温下的屈服强度 二 试验过程 之自然冷却至室温。然后在拉压实验机上进行高温后拉伸试验，井由电脑记录试验结粜，空骑设备如圈3所 示。 a NTS805试验系统 b I盯$653高温环境葙 c 拉压材性实验机 图3试驻设备 对于恒载升温试件，在MTS809试验机上先按照一定的加载速率加载至设定的荷载．待试件内部应力 均匀并且恒定．打开Mrs653高温环境箱以恒定的速度升高温度。直至达到表1中所设定的温度值．待变 形稳定后自然降温，整个升温降温过程保持试件内应力恒定。加温过程中试件两端的拉力由MTS自动控 21。n建筑2010增刊