HRBF500钢筋高温后力学性能试验研究

通过拉伸试验,研究20,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1 000℃高温冷却后HRBF500钢筋屈服强度、极限强度、弹性模量、延伸率和受拉应力-应变关系的变化规律。结果表明,高温冷却后细晶钢筋,温度历程低于500℃时,钢筋的力学性能变化不明显;高于500℃时,随温度历程的升高,钢筋的应力-应变关系曲线逐渐软化,钢筋的各项力学指标逐渐退化。基于试验数据,提出了高温后500 MPa细晶粒钢筋屈服强度、极限强度和弹性模量随温度变化的计算公式,为开展细晶粒钢筋结构抗火性能分析及火灾后损伤评估提供基础性素材。     

热冲压球壳Q235钢材高温后力学性能试验研究

为研究热冲压球壳Q235钢材高温后的力学性能,对经历400~900℃高温后由自然冷却和喷水冷却到常温空心球加工制作成的受拉试样进行拉伸试验,得到高温冷却后该材料的应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率,并与普通Q235钢高温后力学性能进行了对比。研究结果表明：当经历温度不超过500℃时,钢材高温后强度与断后伸长率在两种冷却方式下变化规律基本类似,且变化很小。当经历温度超过500℃后,不同冷却方式对材料高温后强度与断后伸长率产生明显影响,且温度越高,相差越大,自然冷却方式下,随着温度的升高,强度降低而断后伸长率变大。喷水冷却方式下,抗拉强度增大而伸长率减小,屈服强度在500~700℃之间逐渐增大,700℃之后又快速下降。弹性模量受经历温度与冷却方式的影响较小。     

500MPa细晶粒钢筋高温下的应力-应变关系

通过拉伸试验,研究了20,200,300,400,500,600,700℃下500 MPa细晶粒钢筋屈服强度、极限强度、弹性模量、延伸率和受拉应力-应变关系的变化规律.结果表明,500MPa细晶粒钢筋屈服强度、极限强度以及弹性模量随温度的升高而逐渐下降,其屈服强度的变化规律与普通热轧钢筋有较大差异.基于试验数据,建议了高温下500 MPa细晶粒钢筋屈服强度、极限强度和弹性模量随温度变化的计算公式以及高温本构模型.     

HRB400钢筋高温冷却后力学性能试验研究

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。     

火灾后钢筋的强度检测方法研究

准确的鉴定火灾后结构、构件的损坏程度对于火灾后的修复至关重要,这其中对于高温(火灾)后钢筋、钢材的强度检测是关键的步骤。当代研究大都只是给出了各力学性能参数与温度之间的关系,然而,温度在实际工程中是个不可精确判断的量,因此计算式将引用断后伸长率作为修正量,推导出检测强度的简化计算式。对经历高温冷却后的钢筋HRB335、HRB400的力学参数(包括屈服强度、抗拉强度、断后伸长率)进行处理,偏安全考虑线性回归拟合出不同冷却条件下高温(火灾)后钢筋、钢材的屈服强度和极限抗拉强度、断后伸长率与温度之间的数学关系,后根据CECS 252:2009《火灾后建筑结构鉴定标准》,用试验的断后伸长率来修正试验所得的强度,得到用试样试验强度和伸长率组合而成的强度检测简化计算式,为火灾后钢筋混凝土结构检测鉴定提供准确可靠的强度检测方法。     

高强Q460钢高温冷却后力学性能研究

为了评估高强Q460钢高温冷却后的力学性能,采用电炉对高强Q460钢进行加热升温,再采用自然冷却或浸水冷却方式冷却,然后进行拉伸试验,获得了高温冷却后高强Q460钢的应力-应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和极限伸长率.将高温冷却后高强Q460钢和普通Q235钢的屈服强度、极限强度和弹性模量进行对比.结果表明:高温后高强Q460钢力学性能与常温下力学性能相比有所变化,尤其是当温度超过700℃时,变化基本较大;700℃后,不同冷却方式对高强Q460钢极限强度和极限伸长率影响较大,浸水冷却后钢材的极限强度明显高于自然冷却后钢材的极限强度,而浸水冷却后钢材的极限伸长率则明显低于自然冷却后钢材的极限伸长率;高强Q460钢弹性模量和屈服强度受冷却方式的影响较小;高温冷却后高强Q460钢与普通Q235钢屈服强度、极限强度和弹性模量折减系数存在差异.     

高强钢筋高温作用浸水冷却后的强度分析

通过试验测得600 MPa高强钢筋经历550℃和750℃高温作用后在浸水冷却条件下的应力-应变曲线,并研究了其极限抗拉强度、屈服强度和强屈比等强度指标随温度的变化情况。研究结果表明:750℃高温作用后的浸水冷却对600 MPa级高强钢筋的极限抗拉强度和屈服强度影响显著,而550℃高温作用后的浸水冷却对高强钢筋的极限抗拉强度和屈服强度影响不大。该研究对600 MPa级高强钢筋混凝土结构抗火设计及高温后结构安全性评价提供理论依据。     

国产Q690高强钢高温下力学性能试验研究

通过国产Q690高强钢的稳态试验研究,得到20~800℃下钢材的试验现象、应力-应变关系曲线、力学性能参数,并将所得试验结果与相关规范和已有研究进行比较。研究发现：随温度升高,试验后钢材表面及断口形貌区别明显,应力-应变关系曲线的初始线弹性段缩短、极限应力对应应变减小、下降段趋于平缓;弹性模量、屈服强度和抗拉强度等力学性能指标随温度升高而降低;而断后伸长率在200~500℃时相较于常温值有小幅度下降,600℃后明显增加;当温度低于500℃时,不同名义屈服强度折减系数之间存在较大差异。目前已有研究建议的钢材高温力学性能模型并不适用于Q690高强钢,通过试验结果拟合得到了高温下Q690钢力学性能模型,以期用于Q690钢材的钢结构抗火安全评估与设计。     

控轧控冷型高强钢高温下的力学性能试验研究

通过稳态法进行了控轧控冷(TMCP)型Q550高强钢在不同温度下的力学性能试验研究,得到常温及200～800℃9个不同高温下钢材的表观特征、应力-应变关系与基本力学性能参数,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度及断后伸长率。结果表明：应力-应变关系曲线在常温时有屈服平台而高温下没有,在超过300℃的高温下曲线形状不同;温度不超过300℃时弹性模量与强度小幅增长,此后二者皆随温度升高而减小,且400～700℃为主要的衰减区间;温度不超过450℃时断后伸长率有所折减,此后则随温度升高而增大。与已有的淬火回火(QT)型Q550高强钢相应研究结果的对比表明,TMCP与QT型Q550高强钢高温下的强度折减规律与程度基本一致,但TMCP型Q550高强钢高温下的弹性模量折减程度比QT型Q550高强钢严重。从微观组织方面解释了Q550高强钢高温力学性能的变化。根据试验结果,建立TMCP型Q550高强钢高温下的力学性能参数模型。     

超低温下钢筋力学性能的试验研究

对三种钢筋(热轧带肋钢筋HRB335、HRB400和热轧细晶粒钢筋HRBF500)在-180~-80℃温度下的力学性能进行了初步试验研究。按照《金属材料室温拉伸试验方法》(GB/T228-2002)的要求制作拉伸试样。采用在专门容器中的混合蒸汽(液氮和空气的混合气体)冷却,同时在配套的万能试验机上拉伸试件的方法进行试验。得到了钢筋强度和塑性指标随温度的变化关系。结果表明,钢筋的屈服强度、极限强度、屈强比均随温度的降低而提高,钢筋的截面收缩率随温度的降低而减小,说明随着温度的降低钢筋强度提高而韧性降低。     

超低温环境下钢筋力学性能试验研究

采用液氮降温的方式,对HRB335、HRB400以及特种低温钢筋共21组63个试件进行不同温度下的拉伸试验,分析不同种类钢筋在20,-40,-80,-100,-120,-140,-165℃下的力学性能及变化趋势。试验研究表明:随着温度降低,三种钢筋的屈服强度fy和抗拉强度fu均呈增大趋势,钢筋的断后伸长率δ5和断后收缩率ψ减小,说明钢筋的塑性随着温度降低而降低;三种钢筋的弹性模量与温度相关性不大,其值基本围绕着某一定值上下波动;不同温度下钢筋的应力-应变曲线的形状基本类似,但随着温度的降低,钢筋的极限应变不断减小,这也说明钢筋的塑性呈减小趋势。     

高温后新Ⅲ级钢筋力学性能的试验研究

通过对37组共111根(?)16和(?)12新Ⅲ级钢筋高温后的力学性能试验,研究了经历不同受火温度和受火恒温时间 后的屈服强度、极限强度、弹性模量、延伸率和受拉应力-应变关系等力学性能的变化规律。试验表明。新Ⅲ级钢筋在经历 高温作用后,其屈服强度、极限强度和弹性模量在400℃以前变化不大,之后随所经历温度的升高而逐渐下降,降幅一般在 15％左右,实测的受拉应力-应变关系曲线,仍然出现明显的屈服台阶和强化段。根据试验结果,本文建议了高温后新Ⅲ 级钢筋屈服强度、极限强度、弹性模量、延伸率和受拉应力.应变全曲线计算公式。本文研究成果可作为火灾后混凝土结 构的损伤评估和非线性有限元全过程分析的依据。     

Q690钢材高温后的力学性能试验研究

通过升温、冷却和拉伸试验,对历经300~900℃高温后的Q690钢材在自然冷却和浸水冷却条件下的力学性能展开试验研究。结果表明：经高温冷却的Q690钢材在不同温度和不同冷却方式下有不同的外观特征;受热温度超过500℃时,高温冷却对Q690钢材的弹性模量影响很小,对其强度和伸长率影响较大;当受热温度不超过700℃时,Q690钢材高温后的强度和伸长率在两种冷却方式下具有基本相同的变化规律;在700~800℃之间,不同冷却方式对Q690钢材高温后强度和伸长率产生影响,且随温度升高差别愈加明显,自然冷却条件下强度降低且伸长率增大,浸水冷却条件下强度增大且伸长率减小。将Q690钢材高温后力学性能与Q235钢材和Q460钢材比较,认为不同强度等级钢材高温后的力学性能差别显著,在自然冷却条件下较高强度钢材（Q690）的强度衰减和延性增长大于较低强度钢材（Q235和Q460）的。根据试验结果,建立了不同冷却条件下的高温后各力学参数与受热温度之间的数学模型,该模型可用于火灾后Q690钢结构的承载能力的评估。     

HRBF500钢筋与混凝土粘结试验研究

首先通过HtCBF500级细晶高强钢筋的材性试验,表明HtKBF500钢筋均有明显的屈服台阶,其实测屈服强度都达到了500MPa级的要求,强屈比σb／σs=1．23～1．32,伸长率δ5均在20％以上,强度和延性均较好,弹性模量E5=2．0×10^5-2．1×10^5,与普通热轧钢筋基本相同;然后通过对42个HRBF500钢筋与混凝土粘结试件的拔出试验,观察其破坏现象可分为三种典型破坏：即混凝土劈裂、钢筋拔出、混凝土先压碎后钢筋拔出,描述了试验荷载-滑移（F—s）曲线和平均粘结应力-滑移（^-τ-s）曲线,并根据曲线的特征,研究了锚筋受力破坏各个阶段的特点。     

国产超高强钢Q890高温力学性能试验

通过稳态拉伸试验法对国产超高强钢Q890在不同火灾高温条件下的力学性能进行了试验研究,得到高温下钢材的力学性能参数、应力-应变关系曲线和试验现象,并将所得试验结果与钢结构抗火设计规范及相关超高强钢研究文献中高温材料模型结果进行比较。分别采用多项式模型和钢材高温通用材料模型对试验结果进行数值拟合,建立高温下Q890钢力学性能参数的材料模型。结果表明:不同温度条件下的Q890钢试件在试验后有明显不同的外观特征,相应的应力-应变关系曲线基本形状差异较大;当受热温度低于500 ℃时,弹性模量和强度随温度升高逐步减小,断后伸长率变化不大;超过500 ℃后,弹性模量和强度下降速率明显加快,断后伸长率急剧增大;所建立的模型为研究Q890钢结构抗火性能及其计算方法提供理论基础。     

Experimental study on mechanical properties of high-strength fire-resistant steel at elevated temperatures

为研究高强耐火钢在高温下的力学性能，通过国产Q345FR、Q420FR、Q460FR耐火钢的高温下稳态拉伸试验和热膨胀变形试验，得到了20~800℃下各等级耐火钢的破坏模式、应力-应变关系曲线、力学性能参数及热膨胀系数，并与普通结构钢高温性能以及欧洲、中国的抗火设计规范的相关规定进行了对比。研究结果表明：在温度低于350~400℃时，国产高强耐火钢屈服强度、抗拉强度高于常温的，当温度超过400℃后，屈服强度、抗拉强度开始快速下降；欧洲规范EC3中给出的高温下普通结构钢的弹性模量、强度计算公式不适用于高强度耐火钢；温度低于450℃时，耐火钢试验值与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中普通钢取值更吻合；温度高于450℃时，耐火钢试验值与规范GB 51249—2017中耐火钢取值更吻合。针对Q345FR、Q420FR、Q460FR高强耐火钢，提出了高温下弹性模量、屈服强度、抗拉强度变化系数拟合公式，可用于耐火钢结构抗火设计。