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T/℃ τu T/τu 温后混凝土残余抗压强度越低[28-30]；喷水冷却后比自然冷却后混凝土抗压强度稍低[31]；冷 却后放在潮湿环境中的混凝土抗压强度低于放在自然环境中的混凝土抗压强度[32]；高温后 135 混凝土抗压强度随静置时间的延续而变化，一般是先下降后恢复[33]，阎继红等[25]给出了高 温后混凝土强度与受火温度和静置时间的回归计算公式。高温后高强混凝土抗压强度的突变 临界温度为400℃。在临界温度之前，高强混凝土强度随温度升高而降低的速率小于普通混 凝土；而临界温度之后，降低速率明显大于普通混凝土[34-36]。 对混凝土高温后抗拉强度试验研究发现：高温后混凝土的抗拉强度比高温下更低[37]， 140 且随着温度的提高，基本呈线性降低趋势，其降低幅度远高于抗压强度，常温下的拉压强度 关系不再适合[38]。高温后水中养护的混凝土抗拉强度比未养护的有所提高，且随着受火温 度的增加，提高幅度不断增大[38]。而高性能混凝土高温后劈裂抗拉强度下降幅度大于普通 混凝土[34]。 高温后混凝土弹性模量随着温度的增加呈降低趋势，且比高温下更低[39]。与高温后抗 145 压强度相比，高温后混凝土弹性模量的下将幅度更大，且更接近于抗拉强度的下降幅度。路 春森[3]等人给出了高温后混凝土弹性模量的折减系数。覃丽坤[40]利用最小二乘线性回归方 法，得到了高温后混凝土初始弹性模量(应力-应变曲线上0.4 倍峰值应力点处的割线模量) 和峰值弹性模量随温度变化的计算公式。吕天启，赵国藩等[27]采用二次抛物线模型对高温 后混凝土弹性模量进行了回归计算。与高温后高性能混凝土的抗压强度相类似，400℃之前 150 高性能混凝土弹性模量下降速率小于普通混凝土；400℃之后下降速率大于普通混凝土[36]。 对高温作用后混凝土的单轴应力-应变关系研究发现：随着温度的升高，混凝土峰值应 力点明显降低，对应峰值应变显著增加，应力-应变全曲线峰值点右移。将高温后实测混凝 土应力-应变曲线变换为相对峰值应力和相对峰值应变为1 的标准曲线，发现混凝土在不同 温度后的应力-应变曲线大体相似，可以采用相同的方程进行回归。吴波等[41]经过研究分析 155 后认为上升段采用多项式，下将段采用有理式较好，并给出了高温后混凝土应力-应变关系 表达式。吕天启，赵国藩等[27]对高温后混凝土应力-应变曲线上升段采用抛物线，下将段采 用有理式进行了回归。吴波等[35]对高温后高强混凝土应力-应变全曲线研究发现：高温后高 强混凝土标准化后的应力-应变曲线的上升段与普通混凝土基本一致，但是其下将段陡于普 通混凝土。根据试验结果的回归分析，给出了高温后高强混凝土应力-应变全曲线无量纲的 160 计算公式。 大连理工大学对高温后普通混凝土及高强高性能混凝土的多轴强度及变形特性进行了 系统的试验研究，并建立了高温后混凝土的多轴破坏准则及本构模型[40,42]。 2.2 高温后钢筋的力学性能 与混凝土材料不同，高温冷却后，钢筋的力学性能较高温下有较大的恢复，不论是屈服 165 强度还是极限强度虽然较常温下稍有所下降，但普遍高于高温下。其中，热轧钢筋下降幅度 较小，冷拔钢丝下降幅度较大[43]。研究表明，高温冷却后热轧Ⅱ级钢筋的屈服强度和极限 强度在600℃以前，降幅不超过10%[27]。沈蓉等[44]研究了加热方式和冷却方式对高温后钢筋 强度的影响规律，发现埋入混凝土中加热的钢筋比裸露加热钢筋强度下降更缓和，空冷和水 冷下钢筋的强度比炉冷要高。 170 高温后钢筋弹性模量随着温度的升高呈下降趋势，不同种类钢筋下降趋势基本一致： 600℃以前，弹性模量下降比较平缓，600℃以后下降加快[44]。不同冷却方式对高温后钢筋 弹性模量基本无影响。 与高温下不同，对高温后钢筋应力-应变曲线的研究发现：高温后钢筋的变形依次为弹 性、屈服、强化、颈缩四个阶段，和常温下类似[22]。余志武[45]等对新Ⅲ级钢筋高温后力学 175 性能进行了试验研究，结果发现：高温后钢筋的应力-应变曲线仍然出现明显的屈服阶段和 强化阶段，但是，屈服阶段的长度随着温度的变化出现了较大的变化。 2.3 高温后钢筋和混凝土粘结性能 高温自然冷却后，混凝土吸水膨胀，而钢筋收缩，二者之间的摩擦力和咬合力减小，且 高温冷却后混凝土强度进一步降低，使得高温后钢筋和混凝土粘结强度比高温下更低，达到 180 极限粘结强度时的极限位移也更大[5,24]。对高温自然冷却后混凝土和钢筋之间的粘结强度的 试验研究表明，随着作用温度的提高二者粘结强度呈下降趋势，光圆钢筋与混凝土之间的粘 结力比螺纹钢筋与混凝土之间的粘结力下降更显著[26]；与自然冷却相比，喷水冷却后混凝 土和钢筋的粘结强度下降幅度更大，滑移量也明显减少[46]；增加钢筋埋入长度或者提高混 凝土抗压强度均可以提高高温后钢筋和混凝土的粘结强度[47]。 185 周新刚，吴江龙[48]根据实测变形钢筋粘结锚固试件的极限粘结应力的回归分析，建立 了高温后变形钢筋粘结强度的计算公式。谢狄敏，钱在兹[37]通过试验研究发现，混凝土与 光圆钢筋的粘结强度高温后降低幅度和混凝土抗拉强度降低幅度之间基本保持恒定关系。由 于混凝土抗拉强度的测定较为方便，因而采用抗拉强度来计算高温后粘结强度，并给出了高 温后光圆钢筋平均粘结强度的计算公式。 190 3 钢筋混凝土材料高温性能研究存在问题 目前，钢筋混凝土材料的高温性能研究存在的主要问题有： (1) 混凝土多轴性能的研究不足 实际结构中材料往往处于多轴应力状态，为了准确分析结构在火灾下及火灾后的力学性 能，进行多轴应力状态下的混凝土的高温性能分析是必要的。但是，目前国内外有关混凝土 195 的高温力学性能大部分都是针对单向受力情况，高温多轴力学性能的文献报道极少，因此， 有待进一步的深入研究。 (2) 高温后钢筋混凝土材料在反复荷载作用下的力学性能研究 为了对火灾后地震区的建筑结构进行抗震性能的评估，需要首先对结构进行火灾后的地 震反应分析。显然，这需要以遭受不同温度作用后，材料在反复荷载作用下的应力-应变关 200 系为基础。然而，目前关于高温后反复荷载作用下的混凝土、钢筋以及钢筋和混凝土的粘结 性能的文献报道极少，尚不能满足实际需求，因而需要进一步开展深入系统的研究工作。 4 结论 (1) 随着温度增加，高温下钢筋及混凝土材料的力学性能不断衰减：混凝土的抗压强度、 抗拉强度和弹性模量随着温度升高而降低，且抗拉强度和弹性模量的下降幅度明显大于抗压 205 强度；钢筋的极限抗拉强度和弹性模量随着温度的增加不断下降，且弹性模量的下降幅度更 大；钢筋与混凝土的粘结强度随着温度增加而逐渐下降，温度对光圆钢筋的影响更大。 (2) 高温后，混凝土材料的力学性能、钢筋与混凝土的粘结性能呈进一步恶化趋势—— 混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量以及钢筋与混凝土的粘结强度比高温下更低，但不 同力学性能指标的变化规律与高温下基本一致。而高温后钢筋的极限抗拉强度和屈服强度较 210 高温下有较大恢复，与常温下差别不大。 (3) 近年来，虽然针对钢筋混凝土材料的高温性能的研究取得了较大进展，但是对于一 些问题仍需进一步的深入研究，如：混凝土的高温多轴力学性能以及高温后反复荷载作用下 材料的力学性能研究。 原创学术论文网Tag：代写论文 职称论文发表 代发论文 论文发表 建筑论文 |
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