高温下1770级_P5钢丝蠕变及应力松弛性能试验研究
严重事故下反应堆压力容器材料高温蠕变研究进展
Ｎ Ｏ． ２． ２ １ ０１
核 安 全
Ｎｕ ｅａ Ｓａ ｅｔ ｃｌ ｒ ｆ ｙ
船
严 重 事 故 下 反 应 堆 压 力 容 器 材 料 高 温 蠕 变 研 究 进 展
武 志玮 ，宁 冬 ，姚伟 达
（ 海核 工 程 研 究 设 计 院 ，上 海 上 ２０ ３ ） ０ ２ ３
芯冷 却 系 统 失 去 功 能 ，使 堆 芯 长 期 得 不 到 冷 却 ，最 终 导致 了燃 料棒 部 分 熔化 和垮 塌 的严 重 事故 发 生 。由 于早 期设 计 认 为轻 水 堆 堆 芯 极 不 可 能熔 化 ，更 未 考 虑堆 芯 熔 融 物穿 透 压 力 容 器
－
注水 的冷 却与释 放 ；二是 Ｒ Ｖ的高温蠕变 失 Ｐ
及 时释 放 出 去 。 由 于严 重 事 故 下 的 Ｒ Ｖ 内 壁 Ｐ
所面临和亟待解决的问题 。近年来 ，随着大量
压水 堆 核 电 厂 的投 运 ，各 国政府 和 公 众 越 来 越
关 注核 电厂 的安 全 问题 。
虽然核 电厂发生严重事故的概率极低 ，但
一
旦 发 生 堆 芯燃 料 棒破 损 和 熔化 事 故 ，堆 芯 熔
和金 属 保 温 层 之 间 通 道 内 ，冷 却 Ｒ Ｖ 外 壁 ， Ｐ
通过 沸 腾 换 热 带 走 Ｒ Ｖ 下 封 头 内熔 融 物 产 生 Ｐ
的衰 变 热 ，从 而 使 熔 融 物 包 容 在 Ｒ Ｖ 内 ，而 Ｐ 不 发 生 Ｒ Ｖ 底 部 熔 化 烧 穿 ，防 止 熔 融 物 流 入 Ｐ 混凝 土堆 腔 底 板 ，从 而 使 放射 性 物 质 外 泄 概率 大大 减少 ，起 到缓 解 事 故 的作 用 。 但 是 要将 高 达上 千 度 的堆 芯 熔融 物 包 容 在 Ｒ Ｖ下 封 头 内 ， Ｐ 必须 使 Ｒ Ｖ外 部 堆 腔 冷 却 水 注 量 能 足 够 冷 却 Ｐ 高温 的 Ｒ Ｖ下 封 头 ，同 时 需 将 吸 热 后 的 蒸 汽 Ｐ
高温环境下在用压力容器检测与安全评估技术研究进展(二)———评估方法
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考虑高温蠕变和残余应力的高强度Q460钢柱抗火性能研究
考虑高温蠕变和残余应力的高强度Q460钢柱抗火性能研究钢柱的抗火性能研究对钢结构设计至关重要,在火灾下钢柱的提前失稳破坏将直接影响到结构的安全。
Q460钢材相对于普通钢材具备更优的力学性能,能有效减轻结构自重和减小截面尺寸,从而带给结构设计更多的可能性和更大的经济效益,因此成为我国目前大力推广并广泛应用的钢材之一。
在火灾下,无保护钢构件的升温较快,钢材屈服强度和弹性模量随着温度的升高而急剧降低,极易造成结构丧失承载能力而破坏。
研究表明基于普通钢构件的设计方法并不适用于高强钢结构,因此对高强度Q460钢柱的抗火性能研究具有重大意义。
在高温作用下,蠕变效应十分明显,将增大钢柱变形,加速其破坏,降低火灾下承载力。
而残余应力在高温作用下则有所降低,在我国抗火设计规范中尚未考虑这一变化以及蠕变带来的影响。
本文对Q460钢柱高温下蠕变屈曲性能以及抗火性能进行分析,主要内容如下:(1)钢柱高温蠕变屈曲试验:对6根高强度Q460焊接H形钢柱进行了高温蠕变屈曲性能的试验研究,考虑长细比、荷载比和温度三个参数的影响,测得试验过程中的炉温、柱温、侧向位移和轴向位移随时间的变化,得到试件在恒温恒载下的蠕变屈曲破坏时间。
(2)钢柱抗火性能试验:对2根高强度Q460焊接H形钢柱进行ISO-834标准升温曲线下的抗火性能试验,测得了炉温、柱温、侧向位移和轴向位移随时间的变化,得到不同荷载比下钢柱的耐火极限和临界温度。
(3)高强度Q460钢柱蠕变屈曲以及抗火性能分析:引入高强度Q460钢材高温下的力学性能、蠕变参数、残余应力参数,采用ANSYS有限元程序建立了考虑高温蠕变和残余应力的轴心受压Q460钢柱的力学性能分析模型。
将有限元的分析结果与Q460钢柱的蠕变屈曲试验和抗火性能试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性,并用验证后的有限元模型进行了Q460钢柱高温蠕变屈曲的参数分析,考虑了长细比、荷载比、温度和初弯曲对钢柱高温蠕变屈曲性能的影响。
高温蠕变与疲劳(课堂PPT)
很多构件长期在高温条件下运转。例如，航空 发动机叶片的使用温度高达1000℃，用Cr-Mo-V钢 制造的汽轮机转子使用温度约为550℃等。
高温对金属材料的力学性能影响很大。
温度和时间还影响金属材料的断裂形式。
1
一、高温蠕变
1、蠕变现象和蠕变曲线 2、蠕变极限和持久强度 3、蠕变断裂 4、蠕变断裂机制图
缺口构件的开裂时间(裂纹扩展孕育期)ti
与缺口根部截面的初始应力0和绝对温度T间
有如下关系 ：
1 ti
Ai0C
exp(Qi ) RT
11
式中：Ai、C是与温度有关的材料常数；Qi是开 裂激活能。
裂纹体的蠕变开裂时间可用应力强度因子KI描 述：
ti Ai'KI C'
式中：Ai′、C′是与温度有关的材料常数。
裂时间或加速蠕变阶段开始时间tf之间存在以下经验关系：
stf Cf
式中：和Cf为材料常数。
实际意义：在早期稳态蠕变阶段得到后，再通过较高应
力即和可较由高t温f 度的C短f 期/蠕s变预试测验。获得Cf，则长期蠕变断裂寿命
10
对于含有裂纹或类似裂纹缺陷的构件，
其蠕变断裂是在裂纹或缺陷尖端再萌生蠕变 裂纹，即裂纹开裂、主裂纹扩展和断裂的过 程。
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4、蠕变断裂机制图 晶间断裂是蠕变断裂的普遍形式，高温
低应力下情况更是如此。
晶间断裂有两种模型：一种是晶界滑动 和应力集中模型，另一种是空位聚集模型。
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第一种模型：
图12.18 晶界滑动在三晶粒交界处形成楔形空间
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第二种模型 ：
图12.20 空位聚集形成空洞
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断裂机制图 ： 影响蠕变断裂机制的最重要因素是应力、
材料力学性能
第一章用一句话对下列的概念进行解释：1）刚度 2 ）强度 3 ）塑性 4 ）屈服 5）韧性 6）形变强化。
对拉伸试件有什么基本要求？为什么？为什么拉伸试验又称为静拉伸试验？拉伸试验可以测定哪些力学性能？试件的尺寸对测定材料的断面收缩率是否有影响？为什么？如何测定板材的断面收缩率?下列的情况与图1-3 中的哪个图对应？1 ）装有开水的玻璃杯浸入冷水中破裂。
2 ）用钢丝捆绑物件时拧的过紧造成钢丝断裂。
3 ）在大风中电线被拉断。
4 ）自行车闸被拉断。
5）金项链被拉断。
6 ）锯木头时锯条突然断裂。
试画出示意图说明：脆性材料与塑性材料的应力—应变曲线有何区别？高塑性材料与低塑性材料的应力—应变曲线又有何区别？能否由材料的延伸率和断面收缩率的数值来判断材料的属性：脆性材料、低塑性材料、高塑性材料？工程应力--应变曲线上b点的物理意义？试说明b点前后式样变形和强化的特点？脆性材料的力学性能用哪两个指标表征? 脆性材料在工程中的使用原则是什么？何谓材料的弹性、强度、塑性和韧性？试画出连续塑性变形强化和非连续塑性变形强化材料的应力—应变曲线?两种情况下如何根据应力—应变曲线确定材料的屈服强度？条件屈服强度与屈服强度存在本质区别吗？条件屈服强度与条件弹性极限存在本质区别吗？何谓工程应力和工程应变?何谓真应力和真应变?两者之间有什么定量关系?拉伸图、工程应力—应变曲线和真应力—真应变曲线有什么区别？试画出低碳钢在压缩试验条件下的工程应力—应变曲线和真应力—真应变曲线？颈缩发生后如何计算真应力和真应变? 如何根据材料的拉伸性能估算材料的断裂强度和断裂延性？现有do=10mm的圆棒长试样和短试样各一根，测得其延伸率d10与d5均为25%，问长试件和短试件的塑性是否一样？第二章为什么说金属的弹性模量是一个对组织较不敏感的力学性能指标?哪些因素对弹性模量会有较明显的影响?由图2-1，试分析当拉应力增大，弹性模量的精确值会发生怎样的变化？当压缩应力增大时，又会如何变化？试写出在单轴应力（sx10，其它应力分量为0）平面应力（sz=tyz=t zx=0）和平面应变（ez=gyz=gzx =0）条件下的虎克定律。
高温运行设备材料损伤与剩余寿命-1
第2部分高温运行设备材料损伤与剩余寿命第1章高温运行设备材料性能要求1.1 高温的定义高温容器及高温管道一般以350℃为界，而高温炉管通常指500℃以上。
例如GB50235-97《工业金属管道工程施工及验收规范》规定，高温（管道工作温度高于250℃）或低温（管道工作温度低于-20℃）管道的螺栓，在试运行时应按规定进行热态或冷态紧固。
又如，GB150-98《钢制压力容器》附录F“钢材高温性能”中给出了钢材在400℃及以上温度10万小时的持久强度值，隐含400℃为高温环境。
而GBJ235-82《工业管道工程施工及验收规范》（金属管道篇）、原中石化公司SH01005-92《工业管道维护检修规范》、原化工部HG25002-91《管道阀门维护检修规范》、原化工部95年颁发的《化工企业压力管道管理规定》和《化工企业压力管道检验规程》等规范(规程)则要求碳素钢370℃以上，合金钢及不锈钢450℃以上，压力管道的类别要提高，这说明对碳素钢370℃是高温界限，而对合金钢及不锈钢450℃才算是高温。
表2-1-1 管道热态紧固、冷态紧固温度（℃）（GB50235-97）说明：250℃和350℃对压力管道来说是两个表示高温的分界值。
1.2 高温装置举例（1）工业领域高温装置举例见表2-1-2。
表2-1-2 高温领域举例（2）石油炼制和石化工业中典型的高温装置表2-1-3和表2-1-4分别为炼油装置和石化装置的高温部位举例。
表2-1-3 炼油装置中高温部位举例表2-1-4 石油化工装置中高温部位举例1.3 高温下对金属材料的基本要求（1）优异的、综合的高温力学性能优良的抗蠕变性能、高温持久强度、良好的高温疲劳性能、适当的高温塑性等（2）在相应的工作环境中具有良好的耐高温腐蚀性能耐高温氧化、耐高温流化、耐高温腐蚀（混合气氛）（3）足够好的冶炼加工等工艺性能复杂形状工件成形，化学成分要求严格。
（4）适宜的经济可行性材料寿命+材料成本+加工成本+部件可更换性+安全可靠性＝选材第2章金属材料的高温力学性能2.1 高温承载金属力学行为特点与常温承载相比，高温承载的金属力学行为具有如下特点（见图2-2-1～2-2-1）。
耐热钢的高温力学性能
耐热钢的高温力学性能耐热钢的基本性能是它在高温下的力学性能和耐腐蚀性能，同时还有常温下的力学性能、工艺性能和物理性能等。
耐热钢的高温力学性能主要包括蠕变性能、持久强度、疲劳性能、松弛性能等。
1 蠕变性能耐热材料的蠕变是指温度高于0.5T下，材料所承受的应力远低熔点于屈服强度的应力时，随着加载时间的持续增加而产生的缓慢塑性变形现象。
通常用蠕变曲线来描述材料的蠕变规律。
在实践中通常使用条件蠕变极限来测定耐热钢的蠕变性能。
条件蠕变极限是指在获得一定变形速率，在规定时间内获得一定总变形量的应力。
一般用下列两种方式表示：表示；1) 以伸长率确定蠕变极限时，用σδτ/τ表示。
2) 以蠕变速率确定蠕变极限时，用σv在工程实践中常用规定的蠕变速率确定蠕变极限。
汽轮机、锅炉设备零部件的工作时间一般规定为105h。
用于汽轮机、锅炉设备的耐热钢，其条件蠕变极限的确定是以105h变形为1%时的应力来计算零部件的强度。
2 持久强度耐热材料的持久强度是指在给定的温度下和规定的时间内断裂时的强度，要求给出的只是此时所能承受的最大应力。
持久强度试验不仅反映材料在高温长期应力作用下的断裂应力，而且还表明断裂时的塑性(即持久塑性)。
耐热材料零部件在高温下工作的时间长达几百小时，几千小时，甚至几万小时，而持久强度试验不可能进行那么长时间，一般只做一些应力较高而时间较短的试验，然后根据这些试验数据利用外推法，得出更长时间的持久强度值。
但外推法所得持久强度值可能与实际值有差距，因此，重要的材料仍需进行长达数万小时的持久强度试验。
耐热材料零部件由于温度波动会加速蠕变过程，降低持久强度。
有些耐热钢有缺口敏感性。
缺口所造成的应力集中对持久强度的影响决定于试验温度、缺口的几何形状、钢的持久塑性、热处理工艺及钢的成分等因素。
3 疲劳性能高温下工作的材料，除经受机械疲劳之外，还经受热疲劳作用。
材料经多次反复热应力循环以后导致破坏的过程称为热疲劳。
航空发动机涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘及汽轮机叶片等部件经常处于温度急剧交变情况下工作．使材料内部承受交变的热应力，同时伴随着弹性变形的循环，由此引起塑性变形逐渐积累损伤，最后导致材料破坏。
T92钢高温时效硬度变化试验及蠕变性能研究_王亮
第37卷 第12期T92钢高温时效硬度变化试验及蠕变性能研究王 亮1,刘宗德1,陈 鹏1,郑德卓21.华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京 1022062.华北电力科学研究院有限责任公司,北京 100045[摘 要] 为了研究T92铁素体钢在高温时效后的硬度变化,对其在温度700℃、725℃和750℃下进行了时效试验,结果表明,随温度的提高和时间的延长,T92钢的硬度会逐渐下降,时效温度是硬度变化的主要影响因素;硬度的降低会加剧材料蠕变寿命的损耗。
结合试验数据拟合出时效硬度与Lar son -Miller 参数之间的关系,按照Larson -Miller 参数整理得到T92钢的硬度下降规律与试验值基本一致。
[关 键 词] T92铁素体钢;高温;时效;硬度;蠕变性能[中图分类号] TG115.5+1[文献标识码] A[文章编号] 1002-3364(2008)12-0026-05收稿日期: 2008-01-21基金项目: 教育部长江学者和创新团队发展计划资助(IRT0720);国家自然科学基金资助项目(10772066)作者简介: 王亮(1982-),男,汉族,华北电力大学硕士研究生,研读方向为热力设备寿命管理与延寿技术。
T92铁素体钢由于良好的高温强度和蠕变性能目前被广泛用于替代T /P91钢作为锅炉高温蒸汽管道用钢,而且由于其在600℃时的许用应力比P91钢高34%,达到TP347的水平,成为可以替代奥氏体钢的候选材料之一[1]。
硬度是衡量材料老化程度的一个重要指标,锅炉管道用钢蠕变断裂特性下降,就是管材硬度不断降低而引起的。
这种由于运行时间产生的材料硬度的下降会大大加剧其蠕变寿命的损耗。
因此,从上世纪80年代起,国外已把硬度测量作为电厂管材寿命预测定量分析的依据。
1 试验材料及方法试验采用日本进口的T92新型耐热钢,其化学成分和力学性能见表1[3]。
T92的母材组织主要由板条状回火马氏体组成。
高温蠕变论文
陶瓷材料高温抗蠕变性能综述张灼材科1107摘要：本文从蠕变的定义，材料在高温下蠕变的形成机理，相关理论解释和材料蠕变的影响因素这四个方面进行阐述。
其中也对几种有特点的材料体系的蠕变现象和性能给予介绍，解释。
关键词：三个阶段，四个区域，晶界机理，晶格机理，位错运动，外界因素，本征因素。
正文：我们是这样定义材料蠕变这个现象的，材料在高温和恒定的应力作用下，即使应力低于弹性极限，也会发生缓慢的塑性变形，这种现象称为蠕变。
所以，蠕变是在恒定应力作用下，随着时间的延长而材料持续形变的过程。
我们说在常温条件下，陶瓷的脆性断裂应变很小，因为属于脆性材料。
陶瓷在受到临界应力的时候，发生微小的弹性形变，然后就是迅速断裂，没有我们说的蠕变现象。
但是在高温条件下，陶瓷材料却有着与常温下不同的蠕变行为。
借助于高温作用和外力作用，陶瓷的形变障碍得到克服，内部质点发生迁移，晶界相对移动，于是蠕变现象产生了。
高温蠕变是陶瓷的重要的力学性能之一，在高温情况下其抗蠕变性能远远优于普通的金属材料，所以成为了大家关注的新型工程材料。
蠕变分为几个阶段，几个区域有不同见解。
有的文献把材料的蠕变分为四个阶段（我们学的《无机材料物理性能》）：起始区域，蠕变减速阶段，蠕变稳态阶段，加速蠕变阶段。
而一般文献，科普，报刊，往往把第一个阶段忽略了，因为产生的形变微小，相对于后几个可以不计。
下面主要介绍蠕变减速，稳态和加速阶段。
如图所示，Ι区域是我们熟知的高温蠕变减速阶段，曲线斜率减小，意味着应变速率随着时间的递增而递减。
到达b点时，曲线斜率接近一个常数，小于在a点时的速率。
Ⅱ区域我们称为蠕变稳态阶段，这一阶段特点是蠕变速率几乎不变，从图像反映出来是一条直线。
而Ⅲ区域，就是加速蠕变阶段，特点是蠕变速率随时间增加而增加，曲线变陡。
能预言到最后，蠕变过大，材料断裂破坏。
通常认为，减速蠕变来源于材料滞弹性形变，可根据滞弹性范围内的固体的力学原理进行解释。
滞弹性过程完成后，材料便由某种或者几种机理控制，以恒定的速率进行蠕变，这个阶段也就是稳态蠕变阶段。
高速工具钢的高温持久力学性能研究
高速工具钢的高温持久力学性能研究摘要：高速工具钢是一种重要的金属材料，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车等领域。
在高温环境中，工具钢的力学性能会发生变化，因此研究高速工具钢在高温条件下的持久力学性能对于产品的寿命和可靠性具有重要意义。
本文主要探讨了高速工具钢的高温持久力学性能，包括高温下的塑性变形、疲劳寿命以及高温下的硬度和强度等方面。
通过实验和理论分析，可以改进高速工具钢的设计和制造，提高其高温环境下的性能。
关键词：高速工具钢，高温，持久力学性能，塑性变形，疲劳寿命，硬度，强度1. 引言高速工具钢是一种具有优异的切削和耐磨性能的金属材料，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车等领域。
然而，在高温环境中，工具钢的力学性能会发生改变，这对于产品的寿命和可靠性构成了挑战。
因此，研究高速工具钢在高温条件下的持久力学性能对于提高产品质量和推动工业发展具有重要意义。
2. 高温下的塑性变形高温下的塑性变形是高速工具钢在高温条件下的一种重要力学行为。
随着温度的升高，高速工具钢的塑性和延展性会增加，同时材料的强度和硬度会降低。
为了研究高温下的塑性变形，可以采用拉伸试验和压缩试验等方法对高速工具钢进行力学性能测试。
实验结果表明，在高温条件下，高速工具钢的塑性变形主要以晶体滑移和晶体再结晶为主要变形机制。
3. 高温下的疲劳寿命在高温环境中，高速工具钢的疲劳寿命会明显降低。
高温条件下，工具钢的疲劳裂纹扩展速率增加，导致寿命降低。
因此，准确预测高温下工具钢的疲劳寿命对于产品的可靠性设计和寿命评估具有重要意义。
采用旋转弯曲疲劳试验等方法，可以获取高温下高速工具钢的疲劳性能数据。
实验结果表明，高温下的疲劳寿命受到应力水平、温度和试验频率等因素的影响。
4. 高温下的硬度和强度高温下的硬度和强度是评估高速工具钢性能的重要指标。
实验证明，在高温条件下，高速工具钢的硬度和强度逐渐降低。
高温条件下，晶体内部的原子迁移和结构变化会导致高温下工具钢的硬度和强度下降。
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由 该 曲 线 可 知 ， 其 常 温 下 极 限 强 度 ｆｐｕ＝１８０３ ． ５ Ｎ／ ｍｍ２； 极限强度点应变 εｂ＝５１３２６ με； 弹性模量 Ｅｓ＝ ２．０４ ×１０５ Ｎ／ｍｍ２； 比 例 极 限 σｐ＝１４１２．１ Ｎ／ｍｍ２； 条 件 屈 服 强 度 ｆ０．２＝１６３４．５ Ｎ／ｍｍ２； 条 件 屈 服 点 应 变 ε０．２＝１００００ με。
级低松弛预应力钢 丝为对象开展了研究工作。完成了 ２５ 个钢丝试件的高温蠕变试验， 得 到 钢 丝 高 温 蠕 变 应 变 与
时间的关系曲线， 建立起钢丝高温蠕变应变计算公式， 揭示出蠕变应变随温度升高、应力水平增长及蠕变时间延
长而增大的规律； 提出考虑高温蠕变影响的钢丝持久极限强度计算公式， 揭示了高温下钢丝持久强度与高温下极
目前， 绝大部分结构的预应力都是通过合理布置 并张拉高强钢丝、钢绞线来施加的。当预应力结构遭 遇火灾时， 其钢丝、钢绞线将处于高温工作状态， 产 生显著的应力松弛 （ 或蠕变） 和温度膨胀， 这将使结 构中的预应力明显降低， 导致结构抗力退化、变形显 著增加。因此， 高温下钢丝、钢绞线的应力松弛性能 （ 或蠕变性能） 和温度膨胀性能是预应力结构抗火性
的规律， 初步提出钢丝高温膨胀应变计算公式。
关键词：预应力钢丝； 高温； 蠕变； 应力松弛； 膨胀
中图分类号： ＴＵ５１１．３＋２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－１３１Ｘ （ ２００６） ０８－０００７－０７
Ａｎ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒ ｅｅｐ ａｎｄ ｓｔｒ ｅｓｓ ｒ ｅｌａｘａｔｉｏｎ ｐｒ ｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ １７７０－!Ｐ５ ｐｒ ｅｓｔｒ ｅｓｓｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒ ｅｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒ ｅｓ
现象很微弱， 蠕变值甚至小于试验机的误差值， 故此
情况下的试验意义不大。故选取的试件如图 ４ 所示，
ｆｕｒ ｎａｃｅ 以满足试验要求。试验时， 炉膛上、下孔洞用矿渣棉 填充， 以起到保温效果。
２ 钢丝试件原始状况
通过对 ２ 根直径为 ５．０２ ｍｍ 的 １７７０ 级 φＰ５ 低松 弛预应力钢丝试件的常温下拉伸试验， 得到了如图 ３ 所示应力－ 应变关系曲线。
采用哈尔滨汽轮机厂的 ＭＴＳ８１０ 材料性能试验机 和与试验机配套的 ＳＦ６２ 高温材性试验炉。
·８·
土木工程学报
２００６ 年
公式； 若需考察钢丝应力变化， 则需用到高温下钢丝 应力松弛计算公式。因此， 对高温下预应力钢丝进行 蠕变试验研究和应力松弛试验研究， 建立高温下预应 力钢丝蠕变计算公式和应力松弛计算公式， 是必要 的。
高温下预应力钢材的蠕变性能研究开展较早。 １９５９ 年 ， Ｍａｕｒｉｃｅ Ｆｒａｎｋ Ｄａｙ 等 人 对 英 国 ４ 个 厂 家 生 产的预应力钢丝进行了高温蠕变试验， 并定性地为预 应 力 结 构 抗 火 设 计 提 出 了 一 些 有 益 的 结 论 ［ １］ 。 但 其 试 验与结论都只是探索性的， 无法应用于定量的计算分 析中。清华大学对我国常用的Ⅰ～Ⅴ级钢筋进行了温 度条件为 ４００ ℃和 ６００ ℃的 高 温 蠕 变 试 验 ， 并 给 出 了 高 温 下 钢 筋 的 蠕 变 计 算 公 式 ［ ２］ 。 同 济 大 学 对 １５７０ 级 φＰ５ 高强钢丝进行了持荷 ４０ ｍｉｎ 的蠕变试验，给出 了高温下该强度等级钢丝蠕变应变与温度、蠕变应力 及 蠕 变 时 间 的 关 系 公 式 ［ ３］ 。 已 有 研 究 获 得 了 宝 贵 数 据 和有益结论， 但考虑到已有试验高温下钢丝持荷时间 相对较短， 研究对象并非预应力主导钢材， 也未见到 有关高温下预应力钢丝应力松弛的试验研究文献， 因 此， 这些研究成果尚难以完全满足现代预应力结构抗 火 分 析 与 设 计 的 需 要 。 鉴 于 此 ， 我 们 选 取 １７７０ 级 φＰ５ 低松弛预应力钢丝为研究对象， 进行了 ２５ 个钢 丝试件的高温蠕变试验和 ２６ 个钢丝试件的高温应力 松弛试验。同时， 进行了 １ 个钢丝试件的高温下温度 膨胀试验。
ＳＦ６２ 高温炉炉膛长 ２１０ ｍｍ， 内径 ３５ ｍｍ， 通过 试验机的左侧立柱来固定， 由两个半圆柱壳组成。炉 的额定功率为 １．４ ｋＷ， 最高温度可达 １１００ ℃。高温 炉的右侧为与其配套的应变引伸计预留了足够空间，
图 ３ 实测常温下钢丝应力－应变关系曲线 Ｆｉｇ． ３ Ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｒ ｅｓｓ－ｓｔｒ ａｉｎ ｃｕｒ ｖｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒ ｅ ａｔ
１ 试验设备
图 １ ＭＴＳ８１０ 试验机组成及其工作原理示意图 Ｆｉｇ． １ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｏｒ ｋｉｎｇ ｐｒ ｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＭＴＳ８１０
图 ２ 与 ＳＦ６２ 高温炉配套的高温应变引伸计 Ｆｉｇ． ２ Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒ ａｔｕｒ ｅ ｓｔｒ ａｉｎ ｅｘｔｅｎｄｅｒ ｍａｔｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ＳＦ６２
每隔 ５０ ℃一个水平。应力水平共选取了 ５ 个， 分别
为 ２５０ Ｎ／ｍｍ２、 ５０１ Ｎ／ｍｍ２、 ７５１ Ｎ／ｍｍ２、 １００２ Ｎ／ｍｍ２
和 １１６９ Ｎ／ｍｍ２。 考 虑 到 随 温 度 的 升 高 ， 钢 丝 的 极 限
强度不断下降， 因此高应力水平、高温度水平的试件
可能在未达到预定应力水平时就被拉断， 故按照文献
限强度的差值随温度升高而增大的规律。完成了 ２６ 个钢丝 试件的高温下应力松弛试验 ， 得 到 高 温 下 钢 丝 应 力 松
弛与时间的关系曲线， 建立高温下钢丝应力松弛的计算公式， 揭示了钢丝初应力越大， 所受温度越高， 松弛时间
越长， 应力松弛值越大的规律。完成 １ 个钢丝试件的高温下温度膨胀试验， 得到钢丝膨胀应变随温度升高而增长
第 ３９ 卷第 ８ 期 ２００６年８月
土木工程学报 ＣＨＩＮＡ ＣＩＶＩＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＪＯＵＲＮＡＬ
Ｖｏｌ ． ３９ Ｎｏ． ８ Ａｕｇ． ２ ０ ０ ６
高温下 １７７０ 级 !Ｐ５ 钢丝蠕变及应力松弛性能试验江哈尔滨 １５００９０）
摘要：鉴于高温下预应力钢 丝 蠕 变 、 应 力 松 弛 及 温 度 膨 胀 性 能 是 影 响 预 应 力 结 构 抗 火 性 能 的 重 要 因 素 ， 以 １７７０
Ｚｈａｎｇ Ｈａｏｙｕ Ｚｈｅｎｇ Ｗｅｎｚｈｏｎｇ （Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５００９０， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｃｒｅｅｐ， ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｒｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅｓ （ ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｆｐｔｋ ＝１７７０Ｎ／ｍｍ２， ｌｏｗ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ） ａｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅｓｅ ｆａｃｔｏｒｓ． Ｃｒｅｅｐ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｎ ２５ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅｓ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｃｒｅｅｐ ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｔｉｍｅ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｅｅｐ ｓｔｒａｉｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｃｒｅｅｐ ｓｔｒａｉｎ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｈｅｎ ａｎｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｆａｃｔｏｒｓ （ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｉｎｉｔｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｉｍｅ） ｉｎｃｒｅａｓｅｓ． Ｅｎｄｕｒａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ｗｉｔｈ ｃｒｅｅｐ ｓｔｒａｉｎ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｎｄｕｒａｎｃｅ ｌｉｍｉｔ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｌｉｍｉｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ． Ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｎ ２６ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｉｍｅ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｈｅｎ ａｎｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｆａｃｔｏｒｓ （ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｉｎｉｔｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｉｍｅ） ｉｎｃｒｅａｓｅｓ． Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｔ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ａ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｉｓ ａｌｓｏ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ； ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ｃｒｅｅｐ； ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｅ－ｍａｉｌ： ｚｈｅｎｇｗｅｎｚｈｏｎｇ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
［ ４］ 中高温下 １７７０ 级 φＰ５ 低松弛预应力钢丝拉伸试
验所得的高温下极限强度计算公式（１）来确定每个试件
的最高应力水平：
ｆｐｕ（Ｔ）／ｆｐｕ＝０．９９＋４．７５×１０－４×Ｔ－ ５．５７×１０－６×Ｔ２＋
１．０２×１０－ ９×Ｔ３＋４．５５×１０－ １２×Ｔ４