【導(dǎo)讀】lkerBekirTopçuandCenkKarakurt. Eski?ehir,Turkey. Copyright©2020?subjectedto20,100,200,300,500,800,and950°Ctemperaturesfor3

　　

【正文】 是因?yàn)樵诨馂?zāi)條件下受熱導(dǎo)致鋼材的機(jī)械性能惡化。在 600176。C高溫下，普通鋼筋的區(qū)服強(qiáng)度還不及室溫下鋼筋屈服強(qiáng)度的三分之一。因此，普通鋼筋一般需要涂膜防火。鋼材中溫度的升高主要受溫度傳遞的控制?？傊仨氁庾R(shí)到鋼材的溫度不會(huì)總和火焰的溫度一樣。耐火處理后的鋼材其暴露在 火焰環(huán)境下溫度是上升速度會(huì)比不做耐火處理的鋼材慢的多。同樣的，高溫對(duì)鋼材的影響程度受其到火源距離的影響，在一個(gè)受控于燃料的環(huán)境下如果鋼材附近有通風(fēng)設(shè)備，那么通風(fēng)設(shè)備會(huì)幫助冷卻鋼材，將熱量帶到其周?chē)沫h(huán)境中去。尤其是在復(fù)合鋼筋混凝土原件中，鋼筋和混凝土溫度的升高會(huì)導(dǎo)致諸如屈服應(yīng)力，楊氏模量，和混凝土極限抗壓強(qiáng)度這些機(jī)械性能的下降。此外，當(dāng)鋼筋或復(fù)合結(jié)構(gòu)承受高溫時(shí)，鋼筋的承載能力會(huì)下降。如果火的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度足夠大，其荷載抵抗能力會(huì)降到與外部荷載相當(dāng)?shù)乃?，從而?dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。然而， 2020年 911事件美國(guó)世貿(mào) 大廈的倒 23 塌尤其是 WTC7樓的倒塌向工程專(zhuān)業(yè)發(fā)出了警告，揭示出建筑倒塌與高溫條件的關(guān)聯(lián)。在這個(gè)研究中， s220和 s420兩種鋼材會(huì)經(jīng)受七種不同的溫度，以此來(lái)得出鋼筋對(duì)于高溫的反應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)性研究會(huì)分析直徑為 10mm和 16mm，長(zhǎng) 200mm的 s220和 s420鋼筋，測(cè)試試樣會(huì)放在溫度分別為 20,100,200,300,500,800和 950176。C的火爐中三個(gè)小時(shí)。在固化過(guò)程的結(jié)尾，鋼筋會(huì)被自然的回復(fù)到室溫。隨后，將對(duì)這些鋼筋進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù) EN 100021，鋼筋在溫度升高條件下的抗拉強(qiáng)度， 屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率是已經(jīng)確定的。鋼筋試樣的抗拉強(qiáng)度測(cè)試由 60噸一般抗拉強(qiáng)度測(cè)試機(jī)器進(jìn)行。測(cè)試機(jī)器的荷載施加速度按照 TS 708 code。 應(yīng)變 關(guān)系 實(shí)驗(yàn)中不同溫度下樣本的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系均值已表示在圖形 1和 2中。圖形 1和 2中的曲線(xiàn)是通過(guò)直徑為 10和 16的鋼筋試樣的平均試驗(yàn)值繪制的。該實(shí)驗(yàn)條件旨在模仿建筑遭受火災(zāi)時(shí)的狀況，所以高溫環(huán)境下結(jié)構(gòu)中的鋼筋的機(jī)械性能也就能夠確定了。就像圖形 1中所表示的那樣，低于 500176。C的溫度對(duì)于預(yù)熱并冷卻的 s220鋼筋的機(jī)械性能并沒(méi)有太大的影響。 S220鋼筋的屈服強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度在這些溫度下是相似的。然而，當(dāng)溫度上升至 800176。C 以上時(shí)， s220鋼筋的屈服強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)下降。相似的反應(yīng)同樣發(fā)生在 s420鋼筋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中。暴露在高溫下的鋼筋在溫度上升至 800176。C以上時(shí)其延性會(huì)上升。 Figure 1: Stressstrain curve of S220 steel rebar. Figure 2: Stressstrain curve of S420ribbed steel rebar. 圖 1： s220鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn) 24 圖 2： s420鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn) 兩種鋼筋的屈服強(qiáng)度都受到了外界溫度升高的影響。從圖形 3中我們可以總結(jié)出鋼筋的屈服強(qiáng)度在 300176。C以?xún)?nèi)的條件下并沒(méi)有太大的變化。光圓鋼筋的機(jī)械加工中已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)這種溫度。根據(jù) Eurocode 和 TS EN 1993，在 400 176。C前，屈服強(qiáng)度沒(méi)有太大的降低，但在這個(gè)溫度以后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的屈服強(qiáng)度損失。暴露在 800176。C溫度下， s220和 s420鋼筋各自的屈服強(qiáng)度損失分別為 46%和 84%。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到 950176。C時(shí)，屈服強(qiáng) 度的損失將各自達(dá)到 64%和 89%。根據(jù)這些結(jié)果，在經(jīng)歷高溫環(huán)境后 s220鋼筋的屈服強(qiáng)度會(huì)比 s420鋼筋的屈服強(qiáng)度高。 Figure 3: Yield strength of steel rebars against temperature. 圖 3：對(duì)應(yīng)不同溫度的鋼筋屈服強(qiáng)度 鋼筋在高溫下抗拉強(qiáng)度的變化可通過(guò)圖形 4表示。通過(guò)這些數(shù)據(jù)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，溫度在 500176。C以?xún)?nèi)時(shí)，兩種類(lèi)型的鋼筋的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有明顯的降低。在 800176。C的高溫下， s220和 s420鋼筋的抗拉強(qiáng)度損失分別為 51%和 85%。當(dāng)溫度上升至 950176。C時(shí)，兩種鋼筋各自的抗拉強(qiáng)度損失為 60%和 90%。根據(jù)這些結(jié)果，在經(jīng)歷高 溫環(huán)境后s220鋼筋的抗拉強(qiáng)度會(huì)比 s420鋼筋的屈服強(qiáng)度高。然而，必須考慮結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下鋼筋強(qiáng)度完全損失的可能性。兩種鋼筋在 500176。C高溫的環(huán)境下其剩余的強(qiáng)度比其設(shè)計(jì)強(qiáng)度要低。因此，結(jié)構(gòu)中鋼筋的剩余強(qiáng)度會(huì)受到暴露時(shí)間，火的類(lèi)型。通過(guò)混凝土外殼將熱傳遞到鋼筋部分。 Figure 4: Tensile strength of steel rebars against temperature. 圖 4：對(duì)應(yīng)不同溫度的鋼筋抗拉強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 高溫和伸長(zhǎng)率的關(guān)系可以通過(guò)圖形 5表示出來(lái)。如圖所示兩種鋼筋在高溫條件下伸長(zhǎng)率出現(xiàn)了相同的變化。 S220鋼筋的伸長(zhǎng)率 比 s420鋼筋的伸長(zhǎng)率高。鋼混結(jié)構(gòu)的建筑在經(jīng)歷火災(zāi)后，其結(jié)構(gòu)原件的變形增加，伴隨著高溫下鋼筋的延性反 25 應(yīng)。 Figure 5: Elongation ratios of steel rebars against temperature. 圖 5：對(duì)應(yīng)不同溫度的鋼筋伸長(zhǎng)率 伸長(zhǎng)率在 300176。C以?xún)?nèi)增長(zhǎng)緩慢，然而，超過(guò)這個(gè)溫度后，伴隨著伸長(zhǎng)值的下降，材料變得易碎。當(dāng)溫度上升至 800176。C時(shí)，兩種鋼筋各自的伸長(zhǎng)率損失為 %和 %。當(dāng)溫度繼續(xù)上升至 950176。C時(shí)，兩種鋼筋各自的伸長(zhǎng)率損失為 %和 %。根據(jù)這些結(jié)果，在經(jīng)歷高溫環(huán)境后 s420鋼筋的伸長(zhǎng)率會(huì)比 s220鋼筋的伸長(zhǎng)率低。S420鋼筋在 溫度升高時(shí)表現(xiàn)出脆性。這種反應(yīng)對(duì)于鋼混結(jié)構(gòu)中的鋼筋而言并不充分。 工程中使用材料的能量吸收能力應(yīng)該比抵抗動(dòng)態(tài)地震荷載能力高。材料的斷裂能被定義為韌度的概念。實(shí)驗(yàn)中使用的鋼筋韌度在圖形 6中已給出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩種類(lèi)型的鋼筋在高溫后韌度都降低了。然而，在 300176。C以?xún)?nèi)，韌度的增長(zhǎng)取決于兩種鋼筋的延性反應(yīng)。當(dāng)溫度上升至 800176。C時(shí)，兩種鋼筋各自的伸長(zhǎng)率損失為 16%和 35%。當(dāng)溫度繼續(xù)上升至 950176。C時(shí)，兩種鋼筋各自的伸長(zhǎng)率損失為 82%和 88%。 Figure 6: Toughness of steel rebars against temperature. 圖 6：對(duì)應(yīng)不同溫度的鋼筋 韌度 正如前面的研究所描述的，在溫度升高時(shí)鋼結(jié)構(gòu)原件會(huì)發(fā)生強(qiáng)度損失。在這項(xiàng)研究中，主要研究經(jīng)歷高溫后恢復(fù)到室溫的鋼筋的機(jī)械性能。根據(jù)研究成果，最常見(jiàn)的 s420鋼筋在溫度升高后表現(xiàn)出脆性。屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率，和韌度值均比 s220鋼筋低。這些結(jié)果表明 s220鋼筋與 s420鋼筋相比，在溫度升高的條件下所受的影響更小，作者建議為了提高鋼混原件的耐火性，其保護(hù)層厚度要提高。