钢筋和混凝土的高温力学性能
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钢筋混凝土结构在火灾温度作用下，其承 载力与钢筋强度关系极大。因此，国内外对各 类钢筋、钢丝、钢绞线都进行了较为系统的试 验研究。
结果表明，钢筋在热态时的强度大大低于 先加温后冷却到室温时测定的强度。所以，构 件在火灾时的承载力计算和火灾后修复补强计 算时钢筋强度的取用不可混为一谈。
Fra Baidu bibliotek
钢筋高温时的强度
所以，随温度升高，混凝土强度呈下降趋势。
混凝土高温时的强度
影响混凝土高温时的抗压强度因素很多， 尤其是加热速度、试件负荷状态、水泥含量、 骨料性质等。多年来，世界各国进行了大量的 试验研究，下图给出了已发表的试验结果，图 中阴影区为试验值变化范围。
混凝土高温时的强度折减系数变化
混凝土高温时的强度
钢筋高温时的强度
普通低合金钢在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 钢强度降低幅度比低碳钢稍小。其强度折减系数可按表 采用。
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。其强度折减系数设计值可按表采用。
Kc 0.45 0.00112 T 600 T 600
式中T为混凝土的受热温度，℃。上式所表示的曲线即上 图中实线所示。
混凝土高温后的强度
实验表明，混凝土受到高温作用然后冷却到室 温时，其抗压强度比热态时要低。根据四川消 防科研所试验结果并推荐下表所示的混凝土强 度折减系数：
普通混凝土的性能
混凝土的强度 混凝土的弹性模量 混凝土的应力——应变曲线
混凝土的强度
混凝土受到高温作用时，其本身发生脱水，其 结果导致水泥石收缩。而骨料则随温度升高而产生 膨胀，两者变形不协调使混凝土产生裂缝，强度降 低。
由于脱水，将使混凝土的孔隙率增大，密实度 降低。随温度升高，这种作用越剧烈。当温度达到 400℃以后，混凝土中Ca(OH)2脱水，生成游离氧化 钙，混凝土严重开裂。当温度大于573℃时，骨料中 的石英组分体积发生突变，混凝土强度急剧下降。
混凝土在高温后的弹性模量
实验表明，混凝土加热并冷却到室温时测定的弹 性模量比热态时弹性模量要小。表列出了由四川 消防研究所根据其试验结果所推荐的数值。
混凝土高温后的弹性模量折减系数
温度℃ 100 200 300 400 500 600 700 800
KCE 0.75 0.53 0.40 0.30 0.20 0.10 0.05 0.05
钢筋高温后的强度
由图可知，普通热轧钢筋在600℃以前，屈服强度 没有降低；600℃以后，呈线性降低。预应力钢筋在 300℃以后，强度降低较快，600℃时降低50％。冷加工 钢筋在420℃以前，屈服强度没有降低；420℃以后线性 降低。
根据四川消防科研所研究，也得到同样的结论。并 且证明，钢筋混凝土结构所用的I、II级钢筋，在600℃ 以前冷却后各项机械指标均满足工程要求。
最后应当说明，无论是火灾时和火灾后，钢筋的抗 压强度折减系数均可取相应的抗拉强度折减系数相同值。
钢筋的弹性模量
试验表明，钢筋在火灾时热态弹性模量随温度升高 而降低，但同钢筋种类和级别关系不大。其弹性模量折 减系数KsE可按下表采用。
混凝土高温时的弹性模量
同混凝土的强度一样，我们定义混凝土在热态状态下 的弹性模量与常温下的弹性模量之比为混凝土的弹性 模量折减系数，用KcE表示，其值随温度的变化情况列 于表
混凝土高温时弹性模量折减系数
温度 ℃
KCE
100 200 300 400 500 600 700 1.00 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30
高强钢丝属硬钢，没有明显的屈服强度。在火灾高 温作用下，其极限抗拉强度值降低要比其它钢材更快。 设计强度折减系数可按表采用。
钢筋高温后的强度
试验表明，钢筋受高温作用后冷却到室温时强度 有较大幅度恢复。下图是根据CIBW14（国际建筑 科研与文献委员会第十四分委员会）得出的结论， 计算时可直接查用。
混凝土的应力——应变曲线
混凝土在高温作用时和作用后其一次加荷下 的应力——应变曲线和常温下相似。由于混 凝土弹性模量和强度的降低，只是曲线应力 峰值降低，曲线更为平缓。对于受热冷却后 的混凝土，这种现象更为明显
混凝土的应力应变曲线
钢筋的性能
钢筋的强度 钢筋的弹性模量 钢筋的变形
钢筋的强度
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 强度取条件屈服强度。在400℃以下时，其强 度比常温时略高，但塑性降低。超过400℃时， 其强度降低而塑性提高。
定义钢筋在热态状态下的强度与常温时强 度之比为钢筋的设计强度折减系数，用Ks表示。 普通低碳钢筋的Ks取值可按下表采用。
我们定义混凝土在温度T时的抗压强度fcuT 与常温下的抗压强度fcu之比为混凝土的抗 压强度折减系数，用Kc表示，即
K c f cuT f cu
混凝土高温时的强度
欧洲混凝土协会总结归纳各国的试验结
果，推荐下式计算混凝土抗压强度折减
系数：
K c 1.0
T 250
Kc 1.0 0.00157 T 250 250 T 600
钢筋和混凝土的高温力学性能
试验表明，钢筋和混凝土随温度升高而力学性能发生 变化。此处所讲高温是指短期高温作用。
无论对钢筋还是混凝土，测定其短期高温力学性能都 有两种试验方法： 将材料加热到指定温度，并恒温一定时间，使内外温度 达到一致，然后在此热态下测定其力学性能，此种方法测 定的力学性能称为材料高温时的力学性能，用于结构在火 灾时的承载力计算 把材料加热到指定温度，然后冷却到室温，在冷态状态 下测定其力学性能，此种方法测定的力学性能称为材料高 温后的力学性能，用于结构遭受火灾后的修复补强计算。
混凝土高温后强度折减系数
温度 100 200 300 400 500 600 700 800 ℃ KC 0.94 0.87 0.76 0.62 0.50 0.38 0.28 0.17
已考虑了消防射水对混凝土强度的影响
混凝土的弹性模量
由于随温度升高混凝土出现裂缝，组织松弛， 空隙失水而失去吸附力，造成变形增大，弹 性模量降低。
结果表明，钢筋在热态时的强度大大低于 先加温后冷却到室温时测定的强度。所以，构 件在火灾时的承载力计算和火灾后修复补强计 算时钢筋强度的取用不可混为一谈。
Fra Baidu bibliotek
钢筋高温时的强度
所以，随温度升高，混凝土强度呈下降趋势。
混凝土高温时的强度
影响混凝土高温时的抗压强度因素很多， 尤其是加热速度、试件负荷状态、水泥含量、 骨料性质等。多年来，世界各国进行了大量的 试验研究，下图给出了已发表的试验结果，图 中阴影区为试验值变化范围。
混凝土高温时的强度折减系数变化
混凝土高温时的强度
钢筋高温时的强度
普通低合金钢在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 钢强度降低幅度比低碳钢稍小。其强度折减系数可按表 采用。
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。其强度折减系数设计值可按表采用。
Kc 0.45 0.00112 T 600 T 600
式中T为混凝土的受热温度，℃。上式所表示的曲线即上 图中实线所示。
混凝土高温后的强度
实验表明，混凝土受到高温作用然后冷却到室 温时，其抗压强度比热态时要低。根据四川消 防科研所试验结果并推荐下表所示的混凝土强 度折减系数：
普通混凝土的性能
混凝土的强度 混凝土的弹性模量 混凝土的应力——应变曲线
混凝土的强度
混凝土受到高温作用时，其本身发生脱水，其 结果导致水泥石收缩。而骨料则随温度升高而产生 膨胀，两者变形不协调使混凝土产生裂缝，强度降 低。
由于脱水，将使混凝土的孔隙率增大，密实度 降低。随温度升高，这种作用越剧烈。当温度达到 400℃以后，混凝土中Ca(OH)2脱水，生成游离氧化 钙，混凝土严重开裂。当温度大于573℃时，骨料中 的石英组分体积发生突变，混凝土强度急剧下降。
混凝土在高温后的弹性模量
实验表明，混凝土加热并冷却到室温时测定的弹 性模量比热态时弹性模量要小。表列出了由四川 消防研究所根据其试验结果所推荐的数值。
混凝土高温后的弹性模量折减系数
温度℃ 100 200 300 400 500 600 700 800
KCE 0.75 0.53 0.40 0.30 0.20 0.10 0.05 0.05
钢筋高温后的强度
由图可知，普通热轧钢筋在600℃以前，屈服强度 没有降低；600℃以后，呈线性降低。预应力钢筋在 300℃以后，强度降低较快，600℃时降低50％。冷加工 钢筋在420℃以前，屈服强度没有降低；420℃以后线性 降低。
根据四川消防科研所研究，也得到同样的结论。并 且证明，钢筋混凝土结构所用的I、II级钢筋，在600℃ 以前冷却后各项机械指标均满足工程要求。
最后应当说明，无论是火灾时和火灾后，钢筋的抗 压强度折减系数均可取相应的抗拉强度折减系数相同值。
钢筋的弹性模量
试验表明，钢筋在火灾时热态弹性模量随温度升高 而降低，但同钢筋种类和级别关系不大。其弹性模量折 减系数KsE可按下表采用。
混凝土高温时的弹性模量
同混凝土的强度一样，我们定义混凝土在热态状态下 的弹性模量与常温下的弹性模量之比为混凝土的弹性 模量折减系数，用KcE表示，其值随温度的变化情况列 于表
混凝土高温时弹性模量折减系数
温度 ℃
KCE
100 200 300 400 500 600 700 1.00 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30
高强钢丝属硬钢，没有明显的屈服强度。在火灾高 温作用下，其极限抗拉强度值降低要比其它钢材更快。 设计强度折减系数可按表采用。
钢筋高温后的强度
试验表明，钢筋受高温作用后冷却到室温时强度 有较大幅度恢复。下图是根据CIBW14（国际建筑 科研与文献委员会第十四分委员会）得出的结论， 计算时可直接查用。
混凝土的应力——应变曲线
混凝土在高温作用时和作用后其一次加荷下 的应力——应变曲线和常温下相似。由于混 凝土弹性模量和强度的降低，只是曲线应力 峰值降低，曲线更为平缓。对于受热冷却后 的混凝土，这种现象更为明显
混凝土的应力应变曲线
钢筋的性能
钢筋的强度 钢筋的弹性模量 钢筋的变形
钢筋的强度
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 强度取条件屈服强度。在400℃以下时，其强 度比常温时略高，但塑性降低。超过400℃时， 其强度降低而塑性提高。
定义钢筋在热态状态下的强度与常温时强 度之比为钢筋的设计强度折减系数，用Ks表示。 普通低碳钢筋的Ks取值可按下表采用。
我们定义混凝土在温度T时的抗压强度fcuT 与常温下的抗压强度fcu之比为混凝土的抗 压强度折减系数，用Kc表示，即
K c f cuT f cu
混凝土高温时的强度
欧洲混凝土协会总结归纳各国的试验结
果，推荐下式计算混凝土抗压强度折减
系数：
K c 1.0
T 250
Kc 1.0 0.00157 T 250 250 T 600
钢筋和混凝土的高温力学性能
试验表明，钢筋和混凝土随温度升高而力学性能发生 变化。此处所讲高温是指短期高温作用。
无论对钢筋还是混凝土，测定其短期高温力学性能都 有两种试验方法： 将材料加热到指定温度，并恒温一定时间，使内外温度 达到一致，然后在此热态下测定其力学性能，此种方法测 定的力学性能称为材料高温时的力学性能，用于结构在火 灾时的承载力计算 把材料加热到指定温度，然后冷却到室温，在冷态状态 下测定其力学性能，此种方法测定的力学性能称为材料高 温后的力学性能，用于结构遭受火灾后的修复补强计算。
混凝土高温后强度折减系数
温度 100 200 300 400 500 600 700 800 ℃ KC 0.94 0.87 0.76 0.62 0.50 0.38 0.28 0.17
已考虑了消防射水对混凝土强度的影响
混凝土的弹性模量
由于随温度升高混凝土出现裂缝，组织松弛， 空隙失水而失去吸附力，造成变形增大，弹 性模量降低。