08高温下钢材力学性能的试验研究

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高温后结构钢力学性能试验

解放军理工大学学报（自然科学版）第１卷第３期２１年６月Ｖ１１ｌ００ｏ．Ｎｏ３ｕ．１１．Ｊｎ００２
ＪｕｎｌｆＬｎｖｒｔｏｉｃｄｅｈｏｏｙ（ａｒｃｎｅｄｔｎｏｒａｏＡＵｉｅｓｙｆｃｎｅｎｃｎｌｇＮｔａＳｉｃｉｏ）ＰｉＳｅａＴｕｌｅＥｉ
ｔｏｏｍｕａｏｉｌｔｅｔｎｅｓｌｔｅｇｔｒｒｐｏｅｓｗｅｌａｈｅｓｇｓｉｎｓｏｅｃｄｅａ — ｉｎｆｒｌｆｙｅｄｓｒｎｇｈａｄｔｎｉｅｓｒｎｈｗｅｅｐｏｓｄａｌｓｔｕｇｅｔｏｆｒｄｕｅｌｓｔｃｍｏｌｓｏｆｔｅｓｅｌｐｏｔｈｇｅｉｄｕｕｈｔｅｓｉｈｔｍｐｅａｕｅ．Ｔｈｅｃｎｌｓｏｎｕｌｅｅｅｃｓｆｈｖｌａｉｎｏｆｒｔｒｓｏｃｕｉｓｓｐｐｙｒｆｒｎｅｏｒｔｅｅａｕｔｏｄａｇｎｈｅｎｏｒｅｎｆｓｅｌｓｒｃｕｅｐｏｔｆｒ．ｍａｅａｄｔｅｒｉｆｃｍｅｔｏｔｅｔｕｔｒｓｉｅＫｅｙｗｏｄｒｓ：ｓｒｃｕａｔｅ；ｐｔｈｉｅｔｕｔｒｌｓｅｌｏｓｇｈｔｍｐｅａｕｅ；ｔｅｍｏｈｒｍｉｍｒｐｒｉｓ；ｍｅｈａｉａｏｅｔｅｒｔｒｈｒｃｏｓｐｏｅｔｅｃｎｃｌｐｒｐｒｉｓ
ｌｓａｄｔｅｅｏｇｔｎｐｒｅｔｇｒｓｌｆｅｔｄｂｎｕｅｉｅｅｔｈｇｅｅａｕｅｎｉｅｅｔｕｎｈｌｎａｉｅｃｎａｅａｅｍｏｔｙａｆｃｅｙｅｄｒｄｄｆｒｎｉｈｔｍｐｒｔｒｓａｄｄｆｒｎｏｆｆｃｏｉｇｐｔｅｎ．Ｂａｅｎｔｅｅｐｒｍｅｔｌｅｕｔ，ｔｅｔｅｍｏｈｏｓｐｏｅｔｓａｌｓａｄｔｅｃｌｕａｏｌａｔｒｓｎｓｄｏｈｘｅｉｎａｓｌｒｓｈｈｒｃｒｍｉｍｒｐｒｉｔａｎｈａｃｌ — ｅ

高温下钢筋混凝土构件力学性能的研究

ＡｂｔａｔＴｈｕｅｉａｍｐｅｅｔｔｏｓｕｅｏａａｙｅｔｅｅｆｃｆｔｅｃｎｒｔｒｔｃｏｓｒｃ：ｅｎｍｒｃｌｉｌｍｎａｉｎｉｓｄｔｎｌｚｈｆｅｔｏｈｏｃｅｅｐｏｅｔｒ
ｓｉｅｗｅｎｔｅｂｎｉｇｒｇｄｔｎｈｉｈｔｔｅｍｅｂｒｎｕｅｔｅｆｅｄｓｓｅｓａａｈｐｂｔｅｈｅｄｎｉｉｉａｄｔｅｔｙｍｅｔａｈｍｅｓｅｄｒｈｉｉａｔｒｉｎ — ｒ
关键词：钢筋混凝土；防火性能；保护层厚度中图分类号：Ｇ１１Ｔ１文献标识码：Ｂ
ＴｈｈａｉｕｔｄｆＲｅｎｏｃｄＣｏｃｅｅＭｅｂｒｎＦｉｅｅＢｅｖｏｒＳｕｙｏｉｆｒｅｎｒｔｍｅｓｉｒ
土保护层厚度对主筋力学性能的影响，分析了抗弯刚度与构件经受火灾作用时间的关系，并与实验结
载力的计算方法。
从静力学角度考虑，火灾后构件的力学性能降果进行了对比。对高温后的构件，研究了其剩余承
低包括强度下降和刚度减少两个方面。强度受损将降低构件的承载力，刚度的变化则会引起结构各而部分的内力重分布，可能导致较大的构件变并形引。一般来说对火灾下的构件通常关注的是其过大的变形和安全性能；鉴于火灾后钢筋和混凝土力学特性均有一定程度的恢复，对火灾后的构件通
常关注其剩余承载能力，判断构件是否需要加固，需
评估火灾后混凝土构件力学性能的方法主要有

金属高温力学性能

σ< σs ，长期使用过程中，会产生蠕变，可能最终导致断裂。
01
随载荷持续时间的延长，高温下钢的Rm降低。
02
在高温短时拉伸时，材料的塑性增加；但在长时载荷作用下，金属材料的塑性却显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂。
03
温度和时间的联合作用还影响材料的断裂路径。
04
1
等强温度
2
随试验温度的升高，金属的断裂由常温下常见的穿晶断裂过渡到沿晶断裂。
约比温度
定义：试验温度t与金属熔点tm的比值（t/tm）。t，tm均为绝对温度。
1
2
3
4
5
意义：对于不同的金属材料，在同样的约比温度下，其蠕变行为相似，其力学性能变化规律也是相同的。
衡量：当t/tm >0.5时，为“高温”；反之则为“低温” 。
8－1 金属的蠕变现象蠕变的定义金属在长时间恒温、恒载荷（即使应力小于该温度下的屈服强度）作用下缓慢地产生塑性变形的现象。由蠕变变形导致的材料的断裂，称为称为蠕变断裂。蠕变在低温下也会产生，但只有当约比温度大于0.3时才比较显著。如碳钢超过300℃、合金钢超过400℃时就必须考虑蠕变的影响。
2
对于设计寿命几百至数千小时的机件，材料的持久强度极限可直接用同样的时间进行试验确定。
3
对于寿命长的机件，使用数万以上小时，不可能长时间做测试，所以类似于蠕变试验，一般做应力较大、时间较短（数百小时）的试验数据，绘出直线，通过外推法来求持久强度极限。如图所示
*
三、剩余应力
松弛稳定性：金属材料抵抗应力松弛的性能。可通过应力松弛试验测定的应力松弛曲线能高温短时拉伸性能（火箭、导弹发射）瞬时高温强度；热塑性；蠕变不起决定作用时。高温硬度工具材料（红硬性），高温轴承。测高温硬度的压头。

高温下套筒连接钢筋的力学性能试验研究

７１
［］余志武，７王中强，召锋．史高温后新 Ⅲ级钢筋力学性能的试验研究Ｅ］建筑结构学报，０５２（）１２１６Ｊ．２０，６２：１ —１Ｅ３郁８．钢筋套筒冷压接头的性能研究Ｅ３Ｊ．桥梁建设，１９（）４ —２９４２：９５．［３郁勤耕，９张浩苍，阮泳华．钢筋焊接与钢筋套筒连接技术的经济比较［］Ｊ．港口科技动态，００７：０１．２０（）１—６Ｅｏ马延军．高温下钢筋与混凝土的热工性能和力学性能口］ｌ］．中国西部科技，０１１）３—９２１（９：７３．
减系数。
表１高温下细晶钢筋屈服强度与弹性模量劣化结果表
３力学模型
经回归分析试验结果，到了高温下钢筋的屈服强度、得弹性模量的变化模型。国内外学者普遍认为，在３０℃ 以内普通热轧钢筋各力学性能指标的降低幅度很小，常温状态下基本无异，而从表１可以看出，０与然在１０℃的条件下，５该次试验普通套筒连接的细晶钢筋屈服强度已经下降了１左右，Ｏ因此众多学者针对普通热轧钢筋提出的高温本构模型并不适用于套筒连接下的细晶钢筋。为吻合该次试验数据，章给出了文
各式中，Ｔ为所经历的温度；ｒ分别为钢筋在温度Ｔ下的屈服强度和弹性模量；Ｅ分别为钢筋在常ｆ、－厂
温下得屈服强度和弹性模量。

高温下钢材力学性能研究进展-建筑材料工程

第 33 卷第 1 期 2017 年 2 月
结构工程师 Structural Engineers
Vol． 33 ，No． 1 Feb． 2017
高温下钢材力学性能研究进展
程园园李春祥曹黎媛
*
（上海大学土木工程系，上海 200444 ）
摘
钢结构建筑发生火灾时，钢材在高温条件下屈服强度、弹性模量等材料特性出现退化，导致钢结构承载力降低。因此，研究高温条件下钢材的材料特性具有重要意义。但目前国内外没有统一公式要
［8 ］
分别为屈服点 f y 、初始弹性模量 E0 、比例极限 f p 、
·文献综述·
［8 ］
· 191·
结构工程师第 33 卷第 1 期
软化阶段的弹性模量 E t ，各参数的计算公式参考文献。第二种分段模型是直线和曲线结合的模型。这类模型比较有代表性的是 EC3 规定的模型、
［10 ］ Poh 等［9］、李毅等提出的模型。从对比结果可
Ｒesearch Progress on Mechanical Properties of Steel Material at High Temperature
CHENG Yuanyuan LI Chunxiang CAO Liyuan *
（ Department of Civil Engineering， Shanghai University，Shanghai 200444 ，China）
更加接近实际情况。
3
3． 1
屈服强度和弹性模量
屈服强度和弹性模量的定
Poh 模型能够准确地代表高温下钢材的以看出，应力应变关系，并且通用性更强。李毅等人提出的模型则更简便，通过该模型，只需常温下钢材的屈服强度就可以求出某一温度下钢材的应力应变关系整体曲线。 EC3 模型则更加实用，它用七个线性和抛物线方程表示出应力应变关系，其中包含强化部分，其曲线模式参考文献 2． 2 连续光滑模型

304H钢高温力学性能试验研究

表 1 304 H 化学成分分析结果 ( wB )
%
试样 C
S
P Si Cr Mn Ni
新板 0. 052 0. 002 8 0. 033 0. 41 18. 00 0. 98 8. 01 旧板 0. 070 0. 004 0 0. 020 0. 75 21. 32 1. 41 9. 07
高温拉伸试验在电子万能试验机 CSS - 2220 型试验机上进行、高温试验装置 CSS275 G ,拉伸应变速率为 10 - 2 mm/ s 。参照国家标准 GB 2975 、GB/ T 4338 - 1995 、制备拉伸试验圆形比例试样 , 规格是 GR2 d0 = 5 mm 、试样标距为 25 mm。
不同材料高温拉伸数据分析640温度条件下304h不锈钢新板304h旧板304h焊缝材料的高温拉伸试验结果见表3304期高温硬化屈服强度伸长率收缩率明显小于新板抗拉强度大于新板而且焊缝周围的硬化现640304不锈钢高温拉伸试验结果对照表类型屈服力kn最大力kn屈服强度mpa抗拉强度mpa断后伸长率51118673316734506500368611533353332917525033焊缝34410900336671883478332象更为明显
表 5 热历史模拟试验条件
试验材料
加热冷却频次/ 次
加热终了温度/ ℃
高温停留时间/ min
304 H 新板 100
620
7
冷却方式
空冷
对比经过热历史后新板与经历现实工况旧板的金相组织 ,如图 4 、图 5 所示。
第6期
马小明 ,等 :304 H 钢高温力学性能试验研究
·33 ·
46. 50

8-高温条件下的力学性能-蠕变解析

工学院材料系
二、约比温度
温度的高低，是相对于材料的熔点而言的，一般用“约比温度(T/Tm)”来描述；以绝对温度K计算。
一般，当T/Tm＞0.5时为高温，反之则为低温。金属材料：T>0.3-0.4Tm；陶瓷材料：T>0.4Tm；高分子材料T>Tg ，Tg 玻璃化温度
0 引言
三、高温对材料力学性能的影响 1）发生蠕变现象 2）强度与载荷作用的时间有关：载荷作用时间越长，引起变形的抗力越小。 3）材料在高温长时载荷下不仅强度降低，而且塑性也降低。应变速率越低，作用时间越长，塑性降低越显著，甚至出现脆性断裂。 4）与蠕变现象相伴随的还有高温应力松弛
弹性变形引起的蠕变，当载荷去除后，可以发生回复，称为蠕变回复，这是高分子材料的蠕变与其他材料的不同之一。
工学院材料系
8.2 蠕变变形与蠕变断裂机理
1.蠕变变形机理主要有位错滑移、攀移、原子扩散和晶界滑动，对于高分子材料还有分子链段沿外力的舒展。 (1) 位错滑移、攀移蠕变机理在常温下，若滑移面上位错运动受阻，产生塞积现象，滑移便不能进行。在高温下，由于温度的升高，给原子和空位提供了热激活的可能，使得位错可以克服某些障碍得以运动，继续产生塑性变形。
蠕变发展到第三阶段，由于裂
纹迅速扩展，蠕变速度加快。当
裂纹达到临界尺寸便产生蠕变断裂。
(4) 粘弹性机理高分子材料在恒定应力的作用下，分子链由卷曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形，这是体系熵值减小的过程当外力减小或去除后，体系自发地趋向熵值增大的状态，分子链由伸展状态向卷曲状态回复，表现为高分子材料的蠕变回复特性。
工学院材料系
8.2 蠕变变形与蠕变断裂机理
图中，虚线--迁移前晶界,实线为迁移后晶界 A-B，B-C,及A-C晶界发生晶界滑移，晶界迁移，三晶粒的交点由1移至2再移至3点。

高温下钢筋与混凝土的热工性能和力学性能

对于钢筋混凝土结构，由于混凝土材料的热惰性，火灾时内部升温缓慢，保护层的存在延迟了钢筋温度的升高，所以承载力下降缓慢，其抗火性能远远优于钢结构。但是混凝土是一种复合建筑材料。在高温作用下，由于混凝土组成材料中粗细骨料和水泥等胶结材料的热工性能不同，以及这些材料间的物理化学作用等错综复杂的原因，混凝土及钢筋的材料组分发生变化，因此它们的物理力学
性能随温度的变化。
２２１膨胀系数０．热．【
１０Ｃ０。：水泥胶凝体中的水继续逸出，水泥的水０。￣３０Ｃ
化生成物和未充分水化的熟料，因温度膨胀系数的不一致
在界面上发生应力集中，当应力超过其粘结强度后水泥浆内就形成微裂缝，而粗、细骨料的线膨胀系数与水泥浆也不同，沿骨料表面也将形成微裂缝，而且随着温度的升高而逐渐发展，使混凝土表面出现发丝裂缝，并往内部深处
１０Ｃ右：对不密封的混凝土，内部自由水被蒸发，０。左因失水而形成的空隙和缝隙全部出现。
个复杂的传热传质过程，并伴随着复杂的物理化学变化。要了解构件内部温度的变化，就必须知道混凝土材料热工
消。
被水分吸收，如果水分的蒸发速度大于蒸汽的迁移速度，孔隙压力还会积聚。如果超过了混凝土的抗拉强度，就会引起爆裂。而且混凝土构件内部的温度改变还会引起材料

HRB400钢筋高温冷却后力学性能试验研究

HRB400钢筋高温冷却后力学性能试验研究张茂林;杜红秀;陈良豪;陈尧;贺一轩【期刊名称】《中国科技论文》【年(卷),期】2018(013)001【摘要】为了解不同受火温度后不同冷却方式下钢筋物理力学性能的变化,试验测试了HRB400钢筋在不同受火温度及喷水、自然和炉内3种冷却方式冷却后钢筋的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率等参数的变化情况,并采用无损红外热像检测技术对高温后不同冷却方式的钢筋进行了红外图谱分析.结果表明:高温后钢筋的力学性能变化规律与钢筋的受火温度和冷却方式有关,其中炉内冷却和自然冷却的力学性能变化规律相近,而喷水冷却变动较为剧烈;随着钢筋受火温度的升高,红外平均温升提高,受火温度低于700℃时,冷却方式对受火钢筋的红外平均温升影响不大,受火温度高于700℃时,喷水冷却对红外平均温升影响较大;基于试验数据建立了钢筋红外平均温升与受火温度、屈服强度比和抗拉强度比关系的拟合公式,可用于火灾后HRB400钢筋的承载能力的评估.【总页数】5页(P78-82)【作者】张茂林;杜红秀;陈良豪;陈尧;贺一轩【作者单位】太原理工大学建筑与土木工程学院,太原030024;太原理工大学建筑与土木工程学院,太原030024;太原理工大学建筑与土木工程学院,太原030024;太原理工大学建筑与土木工程学院,太原030024;太原理工大学建筑与土木工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TU511【相关文献】1.高温冷却后奥氏体不锈钢力学性能试验研究 [J], 范圣刚;张岁寒;孟畅2.高温下及高温冷却后混凝土力学性能的试验研究 [J], 王孔藩;许清风;刘挺林3.高温下及高温冷却后钢筋力学性能的试验研究 [J], 王孔藩;许清风;刘挺林4.HRB400钢筋高温冷却后力学性能试验研究 [J], 张茂林;杜红秀;陈良豪;陈尧;贺一轩;5.高温炉冷后HRB400E钢筋力学性能降低区间试验研究 [J], 徐喆;任书辰;张世洲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高强度钢板在火灾下的力学性能研究

高强度钢板在火灾下的力学性能研究随着现代建筑结构的不断发展和技术的进步，高强度钢板逐渐成为建筑领域中一种重要的材料。

然而，高强度钢板在火灾中的力学性能一直是一个备受关注的问题。

本文将针对高强度钢板在火灾下的力学性能进行深入研究，并对其影响因素进行分析。

一、火灾对高强度钢板的影响火灾是建筑结构的重大威胁之一，其高温作用对高强度钢板的力学性能造成明显影响。

在火灾中，高强度钢板的强度和刚度会发生变化，甚至可能失去其原有的承载能力。

同时，高温还容易导致钢板发生热膨胀、融化等现象，破坏了结构的完整性和稳定性。

二、高强度钢板在高温条件下的力学性能变化1. 强度衰减高温下，高强度钢板的屈服强度、抗拉强度以及弹性模量都会发生明显的衰减。

这是因为高温使得钢材中的晶粒尺寸增大，晶粒界面的强度降低，从而导致整体强度下降。

2. 延性下降高温环境下，高强度钢板的延性明显下降。

这是由于高温使得材料的塑性变形能力降低，使得材料变得更加脆性。

3. 热膨胀和热变形高温条件下，高强度钢板会发生热膨胀和热变形现象。

随着温度的升高，钢板的长度、宽度和厚度都会发生变化，这对结构的稳定性产生不利影响。

三、控制高强度钢板在火灾下的力学性能为了改善高强度钢板在火灾下的力学性能，可以采取以下措施：1. 阻燃涂层的应用在高强度钢板的表面涂覆阻燃涂层，可以有效阻止火焰的蔓延和热量的传导，减缓高温对钢板的影响。

2. 隔热层的设置在高强度钢板的表面设置隔热层，可以降低火灾时钢板受到的温度影响，减缓力学性能的衰减。

3. 结构设计的优化在建筑结构设计阶段，考虑高强度钢板在火灾情况下的力学性能变化，合理设置支撑和连接方式，提高结构的抗火性能。

四、未来的研究方向当前对于高强度钢板在火灾下力学性能的研究还比较有限，还需要进一步深入探索。

下面列举几个可能的研究方向：1. 不同类型阻燃涂层对高强度钢板力学性能的影响；2. 高强度钢板在不同火灾场景下的力学性能变化规律；3. 综合考虑高强度钢板的热力耦合效应，探究其力学性能的演化过程。

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