高強鋼筋高溫作用浸水冷卻后的強度分析

2020-06-02 07:38:06秦培巧

四川建材 2020年5期

秦培巧

(華北水利水電大學,河南鄭州 450045)

0 前言

建筑結構在經歷火災后其表層溫度迅速升高,高溫作用致使鋼筋的力學性能急劇下降,尤其是受力鋼筋強度的降低退化,將導致結構承載力下降,造成建筑物坍塌[1]。600 MPa級鋼筋作為一種高強鋼筋,具有力學性能良好、可加工性能優異、安全性高以及節能環保等特點。鑒于以上優異的綜合性能,600 MPa級鋼筋已經在國外一些發達國家普及使用,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,現有的建筑防火規范也僅僅是關于低強度鋼筋混凝土結構的[5-6]。因此,進行高溫后600 MPa級鋼筋的力學性能研究可為600 MPa級鋼筋混凝土結構抗火設計及災后的損傷程度評定與修復提供依據。

1 試驗方案設計

1.1 試驗材料

本試驗所用材料為直徑18 mm、經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,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《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 試驗結果與分析

2.1 應力-應變曲線

圖1給出了高溫后鋼筋試樣典型的應力-應變曲線。可以看到,經歷550℃高溫作用后的鋼筋試樣其應力-應變曲線與常溫時的應力-應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 典型的應力-應變曲線

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果。可以看出,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鋼筋內部金相組織變化造成的[8]。