钢筋混凝土结构抗高温性能
高温对钢筋混凝土结构的影响研究
高温对钢筋混凝土结构的影响研究钢筋混凝土结构广泛应用于建筑、桥梁和其他重要基础设施中。
然而，在面临高温环境时，钢筋混凝土结构可能会受到一系列的不利影响。
本文将探讨高温对钢筋混凝土结构的影响，并研究其机理及应对措施。
一、高温对混凝土的影响在高温下，混凝土的性能会发生改变，主要表现为以下几点：1. 抗压强度下降：高温会导致混凝土中的气孔膨胀，从而降低其密实性和强度。
2. 弹性模量减小：高温会使混凝土中的水分蒸发，导致孔隙率增加，从而降低其弹性模量。
3. 膨胀系数增大：高温使混凝土中的水分蒸发，引起体积收缩和热膨胀不匹配，导致膨胀系数增大。
4. 裂缝形成：高温引起的体积收缩和热膨胀可能导致混凝土内部产生裂缝，从而影响结构的整体强度和稳定性。
二、高温对钢筋的影响高温环境下，钢筋受到的主要影响是以下几个方面：1. 抗拉强度下降：高温使钢筋材料的屈服强度和抗拉强度降低，减少了结构的抗震性能。
2. 轴向收缩：高温引起的轴向收缩不仅会影响构件间的连接，还可能使构件承受附加应力，导致结构变形。
3. 轴向热膨胀：高温引起的轴向热膨胀可能导致结构的长度变化，进而对构件的连接性能和整体稳定性产生不利影响。
三、高温对钢筋混凝土结构的应对措施为了应对高温对钢筋混凝土结构的影响，可采取以下措施：1. 高性能混凝土的使用：高性能混凝土具有较好的耐高温性能，能够减少混凝土在高温环境下的力学性能退化。
2. 阻隔层的设置：在结构中设置阻隔层，以降低高温对构件的传热效应，减少钢筋温度的升高。
3. 使用耐高温的钢材：选用耐高温的钢材，如高温钢筋或耐高温融化处理的钢筋，以提高钢筋在高温环境下的抗拉强度和整体稳定性。
4. 防火涂料的应用：在钢筋表面涂覆防火涂料，以减缓钢筋在高温下的升温速度，延缓钢筋的热传导。
结论高温对钢筋混凝土结构具有一定的影响，包括混凝土性能的退化和钢筋强度的下降。
然而，通过采取适当的措施，如使用高性能混凝土、设置阻隔层、选用耐高温钢材和应用防火涂料等，可以有效地减轻高温环境对钢筋混凝土结构的不利影响。
高温环境下钢筋混凝土结构设计
高温环境下钢筋混凝土结构设计高温环境对钢筋混凝土结构的设计和施工带来了许多挑战。
极端的高温会导致混凝土的力学性能发生变化，从而对结构的强度和稳定性产生不利影响。
因此，在高温环境下，钢筋混凝土结构的设计需要采取一系列的措施来提高结构的耐火性能，保障结构的安全可靠。
1. 混凝土配方设计混凝土的配方设计是保证结构在高温环境下性能稳定的关键。
在高温环境下，应选用低热水泥、抗渗混凝土和耐高温添加剂。
低热水泥可以减少水泥水化反应时的热量释放，降低温度升高的速率。
抗渗混凝土可以防止高温下水分的流失，保持混凝土的湿润状态。
耐高温添加剂可以提高混凝土的抗高温能力，减少热裂缝的产生。
2. 结构构件设计在高温环境下，结构构件的设计要充分考虑到温度变化对结构的影响。
首先，应通过增大结构的截面尺寸和布置更多的纵向和箍筋来提高结构的强度和刚度。
其次，可以采用预制构件和预应力构件来减少施工现场对结构的影响，提高结构的整体耐火性能。
此外，还应合理布置构件的伸缩缝，以确保结构在高温条件下的正常变形。
最后，对于长时间处于高温环境的结构，还可以考虑使用耐火材料进行包裹或涂覆，增强结构的耐火性能。
3. 环境控制措施在高温环境下，采取适当的环境控制措施可以有效减少结构受高温影响的程度。
首先，可以通过增加遮阳设施和通风设备来控制结构所受到的日照和热辐射。
其次，可以采用冷却系统或喷水系统来降低结构表面的温度。
此外，还可以通过合理的通风设计来促进结构内部的热量对流，降低结构温度。
4. 施工工艺控制在高温环境下进行钢筋混凝土结构的施工时，需要严格控制施工工艺。
首先，应避免施工过程中出现过早的干燥和太快的升温，可采取喷水降温、保湿覆盖等方式进行施工控制。
其次，需要加强沉降观测和变形监测，及时调整施工工艺和加固措施。
最后，施工过程中对于高温区域的检测和防护要做好，特别是在钢筋浇筑和混凝土养护阶段，应密切关注温度变化，及时采取措施进行调整。
结语在高温环境下，钢筋混凝土结构的设计需要充分考虑混凝土配方、构件设计、环境控制和施工工艺等方面的因素。
高温环境下钢筋混凝土结构可靠性研究
高温环境下钢筋混凝土结构可靠性研究随着现代建筑工程的快速发展，钢筋混凝土结构在建筑物中得到了广泛应用。
然而，在高温环境下，钢筋混凝土结构的可靠性问题引起了人们的关注。
本文将探讨高温环境对钢筋混凝土结构可靠性的影响，并介绍一些提升其可靠性的方法。
一、高温环境对钢筋混凝土结构的影响高温环境对钢筋混凝土结构的影响主要体现在以下几个方面：1. 强度下降：高温会导致钢筋混凝土的强度下降，降低了结构的承载能力。
这是因为高温会引起混凝土中结构水分的蒸发，破坏水化反应的完整性，进而减弱了材料的力学性能。
2. 轴心受压性能下降：高温环境下，钢筋混凝土结构的抗压性能也会受到影响。
由于高温会使混凝土内部的孔隙率增加，进而导致其抗压能力下降。
3. 变形增大：高温环境下，钢筋混凝土结构的变形也会增大。
这是因为高温会使钢筋与混凝土之间的黏结力降低，进而导致结构的变形增大。
4. 耐久性降低：高温会使钢筋混凝土结构中的钢筋发生氧化，从而降低了结构的耐久性。
二、提升钢筋混凝土结构可靠性的方法为了提升钢筋混凝土结构在高温环境下的可靠性，可以采取以下措施：1. 选用高温抗性材料：在设计和施工过程中，选择具有高温抗性的材料是非常重要的。
例如，可以选用高温混凝土和耐高温钢筋，以提高结构的高温抗性。
2. 控制混凝土的水胶比：降低混凝土的水胶比可以提高其高温抗性。
适当减少水泥用量，加入减水剂等措施可以有效控制混凝土的水胶比。
3. 设计合理的结构温度控制措施：对于长时间处于高温环境的钢筋混凝土结构，可以通过采取冷却措施来降低结构温度。
例如，可以在结构中设置冷却装置，通过水的冷却来控制结构的温度。
4. 加强结构的防火措施：为了提高钢筋混凝土结构的防火能力，可以在结构表面涂刷防火涂料，增加结构的阻燃性能。
5. 加强结构的监测和维护：定期对钢筋混凝土结构进行监测和维护，可以及时发现结构的故障，并采取相应的修复和加固措施，以确保结构的可靠性。
总结：高温环境对钢筋混凝土结构的可靠性造成了一定的影响，但是通过选用高温抗性材料、控制混凝土的水胶比、设计合理的结构温度控制措施、加强结构的防火措施以及加强结构的监测和维护等方法，可以有效提升钢筋混凝土结构在高温环境下的可靠性。
高温环境下混凝土材料的性能分析
高温环境下混凝土材料的性能分析混凝土是建筑中常用的一种材料，它具有相对较高的强度和耐久性。
然而，在高温环境下，混凝土材料的性能可能会受到严重影响，这对于建筑物的安全性是一个巨大的挑战。
因此，对高温环境下混凝土材料的性能进行分析和研究至关重要。
首先，高温会对混凝土的力学性能产生影响。
正常情况下，混凝土强度较高，但在高温下，混凝土的强度会出现下降的现象。
这是因为高温会导致水分蒸发，使混凝土内部产生空洞和裂缝，进而降低其抗压强度。
此外，在高温下，水泥石中的水合物会发生结构破坏，也会导致混凝土强度的降低。
其次，高温还会对混凝土的耐久性产生影响。
在高温环境下，混凝土材料容易受到化学侵蚀和腐蚀。
例如，高温下氯盐的侵蚀会导致钢筋锈蚀，从而降低混凝土的耐久性。
此外，高温环境下混凝土中二氧化碳和氧气的作用会加速钢筋的腐蚀，使混凝土结构受损更加严重。
另外，高温还会对混凝土的物理性能产生影响。
高温使混凝土膨胀，导致体积的扩张和应力的积累。
当温度超过一定限度时，混凝土内部的热应力会超过其抗拉强度，出现裂缝和破坏。
此外，高温还会引起混凝土的脆性断裂，使其失去韧性。
针对高温环境下混凝土材料的性能问题，可以通过以下方法进行改善和优化。
首先，可以采用掺有高温粉煤灰或矿渣粉等掺合料的混凝土，来提高其抗高温性能。
这些掺合料具有较高的抗热膨胀能力和防火性能，可以减少混凝土在高温下的膨胀和破坏。
其次，可以采用纤维增强混凝土来提高混凝土的韧性和抗裂性能。
纤维可以增加混凝土的拉伸强度和耐热性，减少裂缝和破坏的发生。
此外，还可以通过控制混凝土的配合比和施工工艺来减少高温对混凝土性能的影响。
综上所述，高温环境下混凝土材料的性能分析对于保证建筑结构的安全性至关重要。
高温会对混凝土的力学性能、耐久性和物理性能产生不利影响，容易导致混凝土的破坏和失效。
因此，我们需要通过优化材料配比和掺合料选择，采用纤维增强混凝土等措施来提高混凝土的抗高温性能。
只有这样，才能确保建筑物在高温环境下的安全运行。
钢筋混凝土高温性能研究综述
复 杂 的物理 和化 学变 化 ， 导 致其 性 能劣 化而 最终 影 响工 程结 构 的安 全 。国内外针 对经过 高 温作用后 的
混凝 土在 微 观组成 上 的改变 、 宏 观力 学 性能 的变 化 以及 如何 改 善 混 凝 土 的高 温 力学 性 能 等 方 面做 了 大量 研究 工作 Ｌ １ １ 。现将 对 近年来 国内外 学者 关 于钢 筋 混 凝 土结 构 在 高 温下 主要性 能 研 究 进行 归 纳 综
轴力 及弯 矩 ， 从而 求 出火灾 后 柱 的极 限荷 载 １ ９ ９ ９
关键 词 ： 钢筋混凝土 ； 耐 火极 限 ； 高温
混 凝 土 自诞 生 以来 ， 由于其 具有 良好 的塑性 、 较
出的结 果与试 验非 常吻合 。 ２ ０ ０ ３年 新加 坡南洋 科技
大学 Ｔ ａ ｎ与 Ｙ ａ 也 应用 Ｓ Ａ Ｆ Ｉ Ｒ着火 的时 间对柱 子 刚
高 的后 期 强 度 、 造 价低 廉 等 诸 多优 点 ， 被 广泛 应 用
际混 凝土 协会 、 德 国的 Ｂ ｒ ａ ｕ ｎ ｓ ｃ ｈ ｗ ｅ ｉ ｇ工业大学 、 英 国
２国 内 土 结构 的抗 火 性 能 研 究 起 步 较晚， 相 关钢 筋混 凝 土结构 抗 火性 能 的试 验研 究 落
的Ｂ Ｒ Ｅ （ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｍ ｅ ｎ ｔ ） 以及加 拿大 的国家研 究 院等都 成 立 了抗 火研 究 小组 。 主要研 究
方 面开 展 了试 验 和理论研 究
算结 果与 试验 数据 吻合较 好 。 通过 差分 法计算 高温 后 柱截 面 温 度 场 ， 根 据初 等 梁 理论 ， 不 断 改变 柱 中 间截 面 的轴 向荷 载及 曲率 来计 算 根 据 混凝 土 的应
高温条件下混凝土结构的稳定性分析
高温条件下混凝土结构的稳定性分析一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其特性为耐久性、强度、可塑性和可模性。
然而，在高温环境下，混凝土结构的稳定性会受到影响，需要进行相应的分析。
本文将对高温条件下混凝土结构的稳定性进行详细的研究。
二、高温对混凝土的影响1.高温引起的物理变化高温会导致混凝土内部水分蒸发，从而使混凝土的体积缩小，产生裂缝。
同时，高温还会使混凝土的孔隙率增大，使其强度下降。
2.高温引起的化学变化高温会使混凝土内部的水分和氢氧化钙反应，生成氧化钙和水，从而导致混凝土的强度下降。
三、高温条件下混凝土结构的稳定性1.温度对混凝土结构的影响高温会导致混凝土结构的变形和破坏。
在高温下，混凝土的强度下降，从而导致结构的稳定性减弱。
同时，高温还会使混凝土中的钢筋产生膨胀，从而导致混凝土结构的变形和破坏。
2.高温条件下混凝土结构的稳定性分析在高温条件下，混凝土结构的稳定性需要进行相应的分析。
首先需要进行温度场的分析，确定混凝土结构的温度分布情况。
其次，需要进行应力分析，确定混凝土结构的受力情况。
最后，需要进行变形分析，确定混凝土结构的变形情况。
四、高温条件下混凝土结构的防护措施1.混凝土结构的设计在设计混凝土结构时，需要考虑高温条件下的稳定性问题。
可以采取增加混凝土厚度、增加钢筋的数量和直径等措施，提高混凝土结构的稳定性。
2.混凝土结构的防火涂料在混凝土结构表面涂上防火涂料可以有效地提高混凝土结构的耐高温能力。
防火涂料可以减缓混凝土结构的温度升高速度，从而减少混凝土结构的破坏。
3.混凝土结构的降温措施在混凝土结构内部设置降温装置可以有效地减缓混凝土结构的温度升高速度，从而减少混凝土结构的破坏。
可以采用水冷却、风冷却等方式进行降温。
五、结论在高温条件下，混凝土结构的稳定性会受到影响。
需要进行相应的分析，并采取相应的防护措施，以提高混凝土结构的稳定性。
混凝土结构的设计、防火涂料和降温措施是三种有效的防护措施。
钢筋混凝土构件受高温作用后的力学性能研究
钢筋混凝土构件受高温作用后的力学性能研究一、研究背景钢筋混凝土结构在建筑中得到了广泛应用，但在火灾等高温环境下，钢筋混凝土构件的力学性能会发生不可逆的变化，这给结构的安全性带来了威胁。
因此，深入研究钢筋混凝土构件受高温作用后的力学性能，对于提高建筑结构的抗火性能，具有重要的现实意义和理论价值。
二、高温对钢筋混凝土的影响1.混凝土高温会导致混凝土中的水分蒸发，从而导致混凝土的强度降低。
同时，高温会破坏混凝土的微观结构，使其变得更脆弱，抗拉强度降低。
此外，高温还会使混凝土中的气孔增多，导致渗透性增加，进一步降低混凝土的强度和耐久性。
2.钢筋高温会使钢筋的强度和弹性模量降低，而且在高温环境下，钢筋很容易出现脆性断裂。
同时，高温环境中的氧气会与钢筋表面的铁形成氧化层，使钢筋的锈蚀速度加快。
三、钢筋混凝土受高温作用后的力学性能研究方法1.试验方法钢筋混凝土构件受高温作用后的力学性能研究，需要通过试验来进行。
试验通常采用恒温炉对混凝土构件进行高温处理，然后对处理后的构件进行力学性能试验。
2.试验内容试验内容包括构件的强度、变形和破坏形态等方面的研究。
其中，强度研究包括混凝土的抗压强度和钢筋的屈服强度；变形研究包括混凝土和钢筋的变形，并通过变形试验来研究其变形特性；破坏形态研究则是通过观察试件的破坏形态来了解其破坏机理。
四、钢筋混凝土受高温作用后的力学性能研究结果1.强度钢筋混凝土构件在高温作用下，其抗压强度和屈服强度均会明显降低，而且降低的幅度随着温度的升高而增大。
同时，钢筋混凝土构件的强度下降速度也随着高温时间的延长而增大。
2.变形钢筋混凝土构件在高温作用下，其变形特性也会发生明显变化。
混凝土的变形增大，而且在高温作用后，混凝土的变形能力下降，易出现裂缝。
钢筋的变形也会增加，但相对于混凝土，钢筋的变形能力下降的幅度要小。
3.破坏形态钢筋混凝土构件在高温作用下，其破坏形态也会发生变化。
在低温下，构件的破坏主要是混凝土的压碎破坏和钢筋的屈曲破坏，而在高温下，构件的破坏主要是混凝土的开裂破坏和钢筋的脆性断裂。
高温下混凝土的性能与安全问题
高温下混凝土的性能与安全问题混凝土是建筑领域中最常用的材料之一，它的性能与安全问题一直备受关注。
然而，在高温环境下使用混凝土时，其性能与安全性可能会受到很大的影响。
本文将讨论高温下混凝土的性能变化以及可能出现的安全问题，并提供相应的解决方法。
一、高温对混凝土性能的影响1. 抗压强度降低高温会导致混凝土中水分的蒸发，从而使混凝土变干。
这将导致混凝土的抗压强度降低。
实验表明，当混凝土暴露在高温环境下时，其抗压强度可能会降低约10%至30%。
2. 断裂韧性减弱高温下的混凝土会发生微裂纹，这会导致其断裂韧性减弱。
混凝土在高温下变得更脆弱，容易出现裂缝和破碎。
3. 膨胀与收缩当混凝土在高温下暴露时，其中的水分会蒸发并形成蒸汽。
蒸汽的生成会导致混凝土内部发生膨胀，从而引起混凝土的体积增大。
而在高温环境下冷却时，混凝土会发生收缩，容易引发开裂。
二、高温下混凝土的安全问题1. 结构损坏高温会导致混凝土的抗压强度降低，从而增加了结构的风险。
在高温环境中，建筑物的承载能力可能会受到影响，存在结构损坏的风险。
2. 裂缝与剥落混凝土在高温环境中容易出现裂缝和剥落。
由于混凝土的断裂韧性减弱，裂缝可能会逐渐扩大，甚至导致混凝土的剥落，从而危及建筑物的安全性。
3. 钢筋的腐蚀高温下混凝土的膨胀与收缩会导致钢筋产生应力，从而加速钢筋的腐蚀。
如果钢筋腐蚀加剧，将对结构的稳定性产生负面影响。
三、高温下混凝土的解决方法1. 混凝土配方的优化可以通过优化混凝土配方来提高其在高温下的性能。
例如，可以添加一定比例的纤维材料来增强混凝土的韧性。
此外，在配方设计中加入特殊的掺合料，如粉煤灰和硅灰，可以改善混凝土的抗高温性能。
2. 环境调控在高温环境下，应尽量进行降温处理，如增加遮阳设施、喷水降温等，以减少混凝土的暴露程度。
此外，可以通过合理的绝热措施，如增加保温层，减少混凝土的温度升高。
3. 结构设计的优化针对高温环境，可以对结构进行合理的设计优化。
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许海斌 王晓峰 晨 吴琪宇 朱泽宇 科技学院钢筋混凝土结构抗高温性能研究综述【摘要】随着钢筋混凝土在现代建筑中越来越广泛的使用和近年来建筑物火灾发生的增长,人们有必要对混凝土结构的火损伤行为有更系统和量化的理解。
在高温(火灾)条件下,钢筋混凝土的结构性能将发生重要的变化,比如抗压、抗拉强度,粘结锚固性能损失等等。
本文就从高温(火条件)下及高温后普通钢筋、预应力钢筋及混凝土等结构材料在材料性能退化规律的研究成果方面进行简要的介绍,从而掌握钢筋混凝土抗高温的性能规律，为保障火灾时人民的生命财产安全做出贡献。
【关键词】钢筋；混凝土；高温；抗火性能1 钢筋混凝土构件截面温度场的计算高温作用下,材料性能受到不同程度的损伤,混凝土的强度和弹性模量随温度升高而降低,钢筋虽有混凝土保护,强度也会降低.无论是进行高温下和高温后钢筋混凝土材料的强度和变形规律研究,以及钢筋混凝土构件和结构抗火性能的理论分析,还是计算构件和结构的高温承载力和火灾后剩余承载力,都必须首先分析构件的截面温度场.在火灾中,钢筋混凝土构件截面的温度分布随着时间发生变化,升温曲线!构件截面形状!材料的热工性能等都会影响截面的温度场.在确定结构温度场时,一般可根据工程要求的计算精度采用如下几种方法:简化成稳态的和线性的一维或二维问题,求解析解;用有限元法或差分法,或二者结合的方法,编制计算机程序进行数值分析,有些通用的结构分析程序可以计算简单的温度场问题;制作足尺试件进行高温试验,加以实测;直接利用有关设计规程和手册所提供的温度场图表或数据.1.1 火灾温度的确定方法文献[1]认为国际标准化组织(ISO)采用的火灾升温曲线能满足大多数火灾的升温曲线,为多数国家所采用.标准升温曲线可按公式(1)计算:0T-T 345lg(81)t =+ （1） 式中 T －在时间t 时的炉温,℃; 0T －加温前炉温度℃,t －时间,min根据火灾区域面积!可燃物种类和数量、通风条件等计算出火灾燃烧持续时间,再根据标准升温曲线推算出火灾温度,或者根据火灾后现场残留物燃烧情况来判断火灾温度.求得火灾温度后,可根据热传导理论计算出构件表面温度和截面温度场.1.2 混凝土的热工性能在分析截面温度场时,必须掌握材料的基本热工性能,比如温度膨胀变形、单位热容量、导热系数和质量密度等.这些参数的数值因材料而异,随温度的升高而非线性地变化.混凝土的热工性能因原材料的矿物化学成分!配合比和含水率等因素的差别而有较大变化,且试验数据的离散度大,下面简单列举各参数的一般变化规律.(1)质量密度c ρ:混凝土升温后失水,质量密度略有减小,计算时一般取常值2400kg/m 3. (2)热膨胀系数c α:随温度增加,不同骨料混凝土的c α值都将增大,但超过一定温度(T ≥800℃)时, c α近似常数,为简化计算,不考虑骨料类型的影响,直接给出c α与温度的关系:6(0.00086)10c T α-=+⨯ （1/℃） (2)(3)单位热容量Cc:指单位质量的材料温度升高1℃所吸入的热量.混凝土的单位热容量随温度的升高而缓慢增大,而骨料类型!配合比和水分对混凝土的热容量影响都不大.文献[2]给出了简化的计算公式:2900804[]120120c T T C =+⨯- (/J kg ℃) 20℃≤T ≤1200℃ (3) (4)导热系数c λ:指单位温度梯度情况下通过单位面积的热流速度,单位为W/(m ℃).混凝土的导热系数随温度升高而明显减少,不同骨料的混凝土的导热系数可相差一倍以上.当温度升高后,除了轻骨料混凝土外,一般常用的混凝土骨料对导热系数影响随温度升高而减小.因此,文献[3]给出了导热系数与温度的简化关系式:0001.90.000850C T 800C 1.22T>800C c c Tλλ⎫=-≤≤⎪⎬=⎪⎭(4) 2 结构材料的抗高温力学性能结构的抗火性能包括结构在火灾时和火灾后的承载能力、变形能力、稳定性和完整性.结构材料的高温性能(高温下和冷却后)是研究结构抗火性能的基础.钢筋混凝土材料的高温性能主要包括钢筋和混凝土在高温下和冷却后的强度、弹性模量、应力应变关系、膨胀、收缩、徐变及两种材料间的粘结滑移性能.文献[1]根据已有的工程实践经验和试验研究成果，抗高温的钢筋混凝土结构具有下述受力特点：（1）不均匀温度——混凝土的导热系数极低。
结构受火后表面温度迅速升高，但杆系结构一般不考虑沿构件纵向的温度不均匀性。
决定截面温度场的主要因素是火灾温度和持续时间，以及构件的形状、尺寸和混凝土的热工性能等。
温度场对结构的力、变形和承载力等有很大影响。
（2）材料性能的严重恶化——高温下，钢筋和混凝土的强度和弹性模量降低很多，混凝土还出现开裂、边角崩裂等现象，是构件的承载力和耐火极限严重下降的主要原因。
（3）应力－应变－温度－时间的耦合本构关系——分析一般的常温结构时，只需要材料的应力－应变本构关系。
高温结构的温度值和持续时间对于材料的变形及强度值影响很大。
（4）截面应力和结构力的重分布——截面的不均匀温度场产生不等的温度变形和截面应力重分布。
超静定结构因温度变形受约束而发生力重分布，改变了结构的破坏机构和破坏形态，影响了极限承载力。
2.1 钢筋2.11 钢筋高温下的强度在一般的钢筋混凝土构件中,常用的钢筋主要分为预应力筋和非预应力筋高温(火条件)下,钢筋的强度和变形性能的变化必然影响钢筋混凝土结构的受力性能，特别是预应力混凝土结构,一旦发生火灾,就会因为钢筋在高温下的短期徐变比常温下要大得多,而且在较高温度和较高应力水平下的钢筋短期徐变将趋向于不稳定状态,致使结构的变形量增大等原因,而将引起预应力高强钢筋(丝)的预应力丧失,钢筋(丝)的强度显著降低,结构的承载能力严重受损因此,研究高温(火条件)下钢筋的受力性能是十分必要的。
普通低碳钢筋随温度升高屈服台阶逐渐减小,到300℃时屈服台阶消失其屈服强度可按0.2%的残余变形确定.钢筋在400℃以下,其强度还比常温时略高,但塑性降低.超过400℃时,强度随温度升高而降低,塑性增加.低合金钢筋在300℃以下时,其强度略有提高,但塑性降低超过300℃时,其强度降低而塑性增加.低合金钢筋强度降低幅度比普通低碳钢筋小.冷加工钢筋(冷拉冷拔)在冷加工过程中所提高的强度随温度升高而逐渐减小和消失,但冷加工所减小的塑性可得到恢复高强钢丝没有明显的屈服强度,在火灾高温作用下,其高温抗拉强度值降低要比其它钢材更快.文献[11]给出了各种类型的钢筋在高温下设计强度降低系数.而对于预应力钢筋,其强度在高温下的降低速率较普通钢筋的快。
另外,在高温下其还易产生预应力损失。
当温度变化时,预应力钢筋会因热胀冷缩现象而随之发生应变变化。
处于高温环境(温度大于100℃)中的预应力钢筋,随温度升高而产生的伸长应变与温差之间不再符合线性关系,这是因为高温作用同时会使预应力钢筋的弹性模量也发生改变,并且预应力钢筋在处于比一般温度下的应力状态更高的高应力状态时,就必将会引起高温下钢材的蠕变和松弛急增,从而导致预应力混凝土构件中预应力钢筋的预应力产生进一步的损失而减少。
在文献[18]中表明了当预应力筋的受热温度达到200℃时,其预加应力值将减少45%~55%;受热达到300℃时,几乎将失去全部预加应力。
2.1.2 钢筋高温后强度高温后,冷却钢材使其温度下降,其材料性能得到适当恢复,此时其强度比高温下的强度要高出许多。
比如:当遭受的最高温度低于600℃时,普通钢筋性能基本上可完全恢复,本构关系也可与灾前取为相同文献[34]。
由此可见,高温后的普通钢筋的强度要比高温下的强度高。
普通钢筋高温后的强度降低主要是由于遭受的温度>600℃时钢筋表面的脱碳现象等引起的。
钢筋的冷却方式主要有炉冷却、空气冷却、喷水冷却三种,但目前一般在火灾下常用的冷却方式是喷水冷却。
在对试验结果进行分析、比较后发现冷却方式对高温后普通钢筋强度影响不大,可不予考虑。
文献[25]中给出了高温后热轧钢筋屈服强度的退化规律:0401.03301.1 3.010330T y y T C f f T T C -⎧≤⎪=⎨-⨯>⎪⎩ （4）2.2 混凝土2.2.1 强度混凝土是一种地方性人工材料,其力学性能随原材料的矿物成分和配合比而变化.由于部存在微裂缝且缺少统一试验标准,已有的试验数据比较离散,但变化规律基本一致.混凝土受到高温作用时水泥石收缩,骨料随温度升高产生膨胀,两者变形不协调使混凝土产生裂缝,强度降低.当温度达到400℃以后,混凝土中的Ca(OH)2脱水,生成CaO,混凝土严重开裂.当温度大于570℃时,骨料体积发生突变,强度急剧下降.影响混凝土高温下抗压强度的因素很多,尤其是加热速度、不同温度－应力途径、配合比、骨料类型等.文献[4]考虑不同温度－应力史,给出了混凝土高温强度上、下限的计算式,而一般的温度－应力途径下的强度处于上、下限之间,随初始应力和温度变化十分明显.文献[5]认为粗骨料相同而强度等级不同的混凝土在同一高温下的抗压强度值(/T cu cu f f )相差一般不超过3个百分点;强度等级相同的混凝土,花岗石骨料比石灰石骨料混凝土的高温抗压强度稍低.图2.2-1、2.2-2给出了高温下棱柱体抗压强度变化规律。
随着温度的升高,其抗压应力-应变曲线逐渐趋于扁平。
图2.2-1 棱柱体抗压强度图2.2-2 应力－应变曲线混凝土在火灾(高温)后的残余强度对于评估受损结构的安全度和制定加固方案有重要意义.文献[6]考虑了高温前混凝土的含水率、试件尺寸、热处理制度及高温后试件存放时间对混凝土强度的影响.认为湿度高的混凝土高温后剩余强度较湿度低的相应强度低,但随混凝土含水率的下降,湿度对强度影响变得不太敏感;大尺寸试件在200℃前强度低于小尺寸试件,可能是由于部蒸汽压大混凝土破坏;200℃后小尺寸试件部最先达到最高温度,且恒温时间长,损伤大,高温后剩余强度低于大尺寸试件;快速冷却造成试件外很大温差,加重混凝土部结构损伤,使高温后强度比缓慢冷却下的低;恒温2h强度比1h强度低,但差别不大.文献[5]的试验结果表明高温后残余抗压强度与高温下的抗压强度值很接近,混凝土部结构和抗压强度在缓慢降温过程中及回到室温后无大变化.文献[19]考虑了冷却方式及冷却后所处环境等因素对高温后混凝土抗压强度的影响,认为喷水冷却比自然冷却强度要低,冷却后放在潮湿环境中的混凝土抗压强度要低于放在自然环境中的混凝土抗压强度.文献[7]给出高温后混凝土强度在不同升温速率下试验结果的差别.高温燃油炉比电炉升温速率快,高温燃油炉升温曲线条件下的混凝土强度呈逐渐下降趋势,而电炉升温曲线条件下的混凝土强度在25~400℃温度围下降不明显,而400℃以后下降较快.并比较了高强混凝土与普通混凝土高温后强度变化规律,二者相似,但高强混凝土强度损失比普通混凝土强度损失大.温度较低时,高强混凝土强度下降不明显;当温度高于600℃时,强度大幅度下降.文献[24]进行了高温后高强混凝土的力学性能试验研究,并与普通混凝土进行了比较,发现在常温至500℃温度围,高强混凝土具有明显不同于普通混凝土的特点,快速升温时发生爆裂现象,其抗火性能低于普通混凝土.2.2.2变形混凝土的应变是混凝土结构受力分析中最基本的参数之一.在较低的温度围(80℃以)当混凝土承受外来荷载并同时考虑温度作用时,计算应变的方法是二者简单的迭加.但是大量的试验研究表明,当温度较高(80℃以上)时,处于压应力状态的混凝土在升温过程中,产生较显著的瞬态热应变和短期高温徐变,使得其膨胀量远远小于上述方法迭加的结果,甚至产生压缩变形.其中,瞬态热应变的数值很大,远远大于常温下混凝土的受压峰值应变,也大于高温时的短期徐变.瞬态热应变的存在使得混凝土在高温下产生应力松弛或应力重分布,因此在混凝土高温分析中必须加以考虑.尽管国外学者对混凝土瞬态热应变进行了试验研究和理论分析,但是其机理至今尚不清楚,一般认为是混凝土水泥凝胶体在高温时发生物理化学变化等原因引起的.文献[8]以两种基本的温度)应力途径分析了不同温度)应力途径下混凝土变形的巨大差别,提出高温时应力变形和应力下温度变形(即自由膨胀变形与瞬态热应变的差值)等概念,并给出各自的计算公式.文献[4]将高温过程中混凝土的应变分成三部分研究,即恒温下的应力应变、恒定应力下的温度应变和短期高温徐变,并给出计算公式.文献[9]给出了高强混凝土自由膨胀应变以及瞬态热应变的计算公式,并与普通混凝土作了比较.分析结果表明高强混凝土在恒定应力下的温度变形与普通混凝土有较大不同,与初始应力水平和温度值密切相关,得出结论如下:(1)在相同温度下,高强混凝土自由膨胀变形大于普通混凝土,且温度越高越明显;(2)在相同应力水平下,高强混凝土的温度变形大于普通混凝土;(3)在相同应力水平下,高强混凝土的瞬态热应变低于普通混凝土.以上分析结果可供高温下高强混凝土结构的耐火设计及理论分析参考.3 小结研究钢筋混凝土结构的抗火性能对我国建筑业的蓬勃发展有很重要的意义。