钢材高温下应力-应变曲线研究
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基金项 目： 河南省高校 科技 创新人才支持 计划项 目（Ｏ ０ ｓ Ｉ Ｏ ２， ２ ｌＨＡ Ｔ Ｔ ｌ） 河南省科技重点攻关项 目（９ １２ １０ ０． ０ ２ ０ 一 应变 曲线研 究
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设计 规范 以及我 国上 海 市 的 《 结构 防 火技 术规程 》都 是 以这种 方法 为依 据 建立 的 。 钢 （ ２）基 于计 算 的结 构 抗 火设 计方 法 。火 灾 的单个 破坏 并 不 能反 映结 构 的整 体 破 坏 ，而 承受 荷载 的主 体 是结 构 的整 体 ，对 于钢 结构 来 说 单个 杆件 的破 坏只 能造 成 内力 的重 新 分布 ，而 不会 造 成机 构 的整 体 破 坏 。因此 为 了更好 地 实 现 结构 的 承 载能 力 ，对 结 构进 行 整体 分 析更 为 合 理 。但 是 目前 这 种方 法还 没有 被 应 用 ，整 体分析 依然 是研 究 的热 门课 题 。
下 钢结构 的抗火 时 间 ，从而 建 立 了任意 荷 载和 约束 的结 构 设计 方法 。英 国、澳 大 利亚 、 欧共体 的钢 结 构
收 稿 日期 ：０ ０１－ｌ ２ １ —１ ０
作者 简介： 东亮（ ８一男， 代 １ ８ ， 河南安阳人， 主要从事结构工程方面的研究． ９ ） 硕士， 王新武（ ７一男， １ １ ， 河南偃 师人， 士， 主要从事土木＿程方面的研究． ９ ） 博 教授， Ｙ －
１ 数值法 ． ２
２ 世 纪８ 年代 以后 ，伴 随着 有 限元 理论 的应用 与完 善 ，为 了解 决 上述 方法 所 带 来的缺 陷与不足 ，降 ０ Ｏ
低 设计成 本 ，提 高设 计质 量 ， 国 内外很 多研 究人 员 以有 限元 为基础 对 钢 结构 进 行 了大量 研究 工作 ，基 本
在 的缺 陷，通过对钢 结构 抗火 力学性能的研究 ，参照欧洲标 准对 常见钢材 高温下应力． 变性 能进行 了分析与 计 应
算，得 出了便于使用的应力． 变关系 应
关键 词 ：钢 结 构 ； 抗 火 ；应 力－ 变 曲线 应
ＤＯｈ ．９ ９ｉ ｓｎ １ ７ － ０ ３２ １ ．１０ ４ １ ３ ６ ／． ｓ ．６ ４５ ４ ．０ ０ ．０ ０ ｉ １
上 已经 建立 了任意荷 载和 任意 端部 约束 的设计 方法 … 。
（ ）基 于 计 算的构件 抗 火设 计 方 法。有 限元法 可 以对 结构 构件 各种 复杂 的荷载 及约 束情 况进行 很好 １
的模 拟 。 国 内外很 多学者 以有 限元 为基 础通 过建 立各 种 火 灾下钢 结 构 的模 型计 算 出任 意荷载 及边 界条 件
中图分类号 ： Ｕ１ １ ＋ Ｔ １． ４ ２
文献标 志码 ： 文章编号： ６ ４５ ４ （０ １ １０ １ ．５ Ａ １７ ．０ ３２ １ ） ．０ ４０ ０
随着 我 国经 济 的飞速 发 展 ，钢 材 产量 及质 量也 得 到 了极大 的提 高 。世 界 钢 铁协会 日前 公布 ，２ ０ 年 ０９ 中 国粗钢 产量达 到５６ ８ ｔ ．７ 亿 ，几乎 占据全 球总产 量 的一 半 。钢 结构 因其 强度高 、 自重轻 、塑性韧 性好 、施 工进度 快 、环境 污 染少 、建筑 形 式灵 活 多样 、抗 震性 能好 、可 靠性 高 等众 多优 点在工 程 中得到 了广泛 应 用 。但 钢材 的耐火 性 能较差 ， 限制 了钢结 构 的发展 。钢材 作为建筑 的主要材 质虽然 本身并不 能燃烧 ，但是 钢材却不 耐火 。当温 度 在２ ０℃ 以内时，其主 要性能（ ０ 屈服强 度和 弹性模量 ） 本保 持不变 ； 当温度在２ ０℃ 基 ５ 左右时产 生蓝脆现象 （ 钢材 表面氧 化膜 呈蓝色） 当温度 在３ ０℃ 以后 ，强度 和弹性 模量均开始 显著下 降，塑 ； ０ 性显 著上升 ；当温度 达 ￣６ ｏ℃ 时，钢材 进入 塑性状态 不能承载 。另 外 ，当钢材 长期 处于 １０ ０ Ｕｏ ５ ４２ ０℃时 将 出现低 温 回火 现象 ，加剧 其时 效硬化 ，若 与塑性变 形 同时作 用 ，将 更加 加快 时效硬 化速度 。所 以规 定 ：结
件与荷 载 分布下 对 不 同构件 进 行 耐火试 验 ，从 而 确定在 不 同的防火 措 施下 构件 的耐火 时 间 。进 行设 计 时 只需按 照 相应 的耐 火 时 间选取 对 应 的保护 措施 即 可 。这 种 方法 很方 便 ， 实用 性很 强 。然 而 ，结构 中的 构
件在 现实 应用 中其 受 力和 周 围约 束情 况 是很 复杂 的 ，很难 将其 归 纳 为某 一种 试验 的标准 受载 ，并 且如 果 按实 际情 况进行 一系 列试验 ，其 成本相 当昂贵 ，从 而增加 设计成 本 ，所 以这 种 方法具 有很大 的局 限性 。
第 ２卷 第 １ ｌ 期 ２ １ 年３ ０１ 月
洛 阳理 工 学 院 学报 （ 自然 科 学 版）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｕ ｙ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆＳ ｉｎ ｅ ｎ ｅ ｈ ｏ０ ｙ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｏ Ｌ ｏ ａ ｇＩ ｓｉ ｔ ｃｅ ｃ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ （ ｔ ｒ Ｉ ｉ ｅＥ ｉ ｏ ） ｔ ｏ ａ ｇ Ｓ ｎ ｉ
Ｖ０ ． ＮＯ １ １ ２ｌ ．
Ｍ ａ ．２ １ ｒ ０１
钢材高温下应力一 变 曲线研究 应
代 东亮 ，布 欣 ，王新 武
（． １ 河南科技大学 规 划与建筑．程学院，河南 洛阳 ４１０；２ １ － － ７０３ ． 洛阳理工学院 土木工程 系，河南 洛阳 ４ １２ ） ７０３
摘 要：火 灾是影响钢 结构设 计的最主要 因素。对钢 结构抗 火设计 的现行 方法进行 了分析 ，并指 出各种 方法所存
构表 面长期受辐射热 达 １０℃以上 时应采 取防护措施 。 ５
１ 钢结构抗火设计的方法
随着 结构 抗 火理 论研 究 的不 断深 入 ，人们 对钢 结构 抗火 的认识 也在 不 断 提 高 ，结构 抗火 的设 计方 法
也在 不断发 展 。
１１ 试验法 ．
２ 世纪 ８ 年 代 以前 ，构件 抗 火设 计 的方法 主 要建 立在 对 实 际情 况 的试验 分 析 之上 。在 标准 的升温 条 ０ ０
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设计 规范 以及我 国上 海 市 的 《 结构 防 火技 术规程 》都 是 以这种 方法 为依 据 建立 的 。 钢 （ ２）基 于计 算 的结 构 抗 火设 计方 法 。火 灾 的单个 破坏 并 不 能反 映结 构 的整 体 破 坏 ，而 承受 荷载 的主 体 是结 构 的整 体 ，对 于钢 结构 来 说 单个 杆件 的破 坏只 能造 成 内力 的重 新 分布 ，而 不会 造 成机 构 的整 体 破 坏 。因此 为 了更好 地 实 现 结构 的 承 载能 力 ，对 结 构进 行 整体 分 析更 为 合 理 。但 是 目前 这 种方 法还 没有 被 应 用 ，整 体分析 依然 是研 究 的热 门课 题 。
下 钢结构 的抗火 时 间 ，从而 建 立 了任意 荷 载和 约束 的结 构 设计 方法 。英 国、澳 大 利亚 、 欧共体 的钢 结 构
收 稿 日期 ：０ ０１－ｌ ２ １ —１ ０
作者 简介： 东亮（ ８一男， 代 １ ８ ， 河南安阳人， 主要从事结构工程方面的研究． ９ ） 硕士， 王新武（ ７一男， １ １ ， 河南偃 师人， 士， 主要从事土木＿程方面的研究． ９ ） 博 教授， Ｙ －
１ 数值法 ． ２
２ 世 纪８ 年代 以后 ，伴 随着 有 限元 理论 的应用 与完 善 ，为 了解 决 上述 方法 所 带 来的缺 陷与不足 ，降 ０ Ｏ
低 设计成 本 ，提 高设 计质 量 ， 国 内外很 多研 究人 员 以有 限元 为基础 对 钢 结构 进 行 了大量 研究 工作 ，基 本
在 的缺 陷，通过对钢 结构 抗火 力学性能的研究 ，参照欧洲标 准对 常见钢材 高温下应力． 变性 能进行 了分析与 计 应
算，得 出了便于使用的应力． 变关系 应
关键 词 ：钢 结 构 ； 抗 火 ；应 力－ 变 曲线 应
ＤＯｈ ．９ ９ｉ ｓｎ １ ７ － ０ ３２ １ ．１０ ４ １ ３ ６ ／． ｓ ．６ ４５ ４ ．０ ０ ．０ ０ ｉ １
上 已经 建立 了任意荷 载和 任意 端部 约束 的设计 方法 … 。
（ ）基 于 计 算的构件 抗 火设 计 方 法。有 限元法 可 以对 结构 构件 各种 复杂 的荷载 及约 束情 况进行 很好 １
的模 拟 。 国 内外很 多学者 以有 限元 为基 础通 过建 立各 种 火 灾下钢 结 构 的模 型计 算 出任 意荷载 及边 界条 件
中图分类号 ： Ｕ１ １ ＋ Ｔ １． ４ ２
文献标 志码 ： 文章编号： ６ ４５ ４ （０ １ １０ １ ．５ Ａ １７ ．０ ３２ １ ） ．０ ４０ ０
随着 我 国经 济 的飞速 发 展 ，钢 材 产量 及质 量也 得 到 了极大 的提 高 。世 界 钢 铁协会 日前 公布 ，２ ０ 年 ０９ 中 国粗钢 产量达 到５６ ８ ｔ ．７ 亿 ，几乎 占据全 球总产 量 的一 半 。钢 结构 因其 强度高 、 自重轻 、塑性韧 性好 、施 工进度 快 、环境 污 染少 、建筑 形 式灵 活 多样 、抗 震性 能好 、可 靠性 高 等众 多优 点在工 程 中得到 了广泛 应 用 。但 钢材 的耐火 性 能较差 ， 限制 了钢结 构 的发展 。钢材 作为建筑 的主要材 质虽然 本身并不 能燃烧 ，但是 钢材却不 耐火 。当温 度 在２ ０℃ 以内时，其主 要性能（ ０ 屈服强 度和 弹性模量 ） 本保 持不变 ； 当温度在２ ０℃ 基 ５ 左右时产 生蓝脆现象 （ 钢材 表面氧 化膜 呈蓝色） 当温度 在３ ０℃ 以后 ，强度 和弹性 模量均开始 显著下 降，塑 ； ０ 性显 著上升 ；当温度 达 ￣６ ｏ℃ 时，钢材 进入 塑性状态 不能承载 。另 外 ，当钢材 长期 处于 １０ ０ Ｕｏ ５ ４２ ０℃时 将 出现低 温 回火 现象 ，加剧 其时 效硬化 ，若 与塑性变 形 同时作 用 ，将 更加 加快 时效硬 化速度 。所 以规 定 ：结
件与荷 载 分布下 对 不 同构件 进 行 耐火试 验 ，从 而 确定在 不 同的防火 措 施下 构件 的耐火 时 间 。进 行设 计 时 只需按 照 相应 的耐 火 时 间选取 对 应 的保护 措施 即 可 。这 种 方法 很方 便 ， 实用 性很 强 。然 而 ，结构 中的 构
件在 现实 应用 中其 受 力和 周 围约 束情 况 是很 复杂 的 ，很难 将其 归 纳 为某 一种 试验 的标准 受载 ，并 且如 果 按实 际情 况进行 一系 列试验 ，其 成本相 当昂贵 ，从 而增加 设计成 本 ，所 以这 种 方法具 有很大 的局 限性 。
第 ２卷 第 １ ｌ 期 ２ １ 年３ ０１ 月
洛 阳理 工 学 院 学报 （ 自然 科 学 版）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｕ ｙ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆＳ ｉｎ ｅ ｎ ｅ ｈ ｏ０ ｙ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ａ ｏ Ｌ ｏ ａ ｇＩ ｓｉ ｔ ｃｅ ｃ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ （ ｔ ｒ Ｉ ｉ ｅＥ ｉ ｏ ） ｔ ｏ ａ ｇ Ｓ ｎ ｉ
Ｖ０ ． ＮＯ １ １ ２ｌ ．
Ｍ ａ ．２ １ ｒ ０１
钢材高温下应力一 变 曲线研究 应
代 东亮 ，布 欣 ，王新 武
（． １ 河南科技大学 规 划与建筑．程学院，河南 洛阳 ４１０；２ １ － － ７０３ ． 洛阳理工学院 土木工程 系，河南 洛阳 ４ １２ ） ７０３
摘 要：火 灾是影响钢 结构设 计的最主要 因素。对钢 结构抗 火设计 的现行 方法进行 了分析 ，并指 出各种 方法所存
构表 面长期受辐射热 达 １０℃以上 时应采 取防护措施 。 ５
１ 钢结构抗火设计的方法
随着 结构 抗 火理 论研 究 的不 断深 入 ，人们 对钢 结构 抗火 的认识 也在 不 断 提 高 ，结构 抗火 的设 计方 法
也在 不断发 展 。
１１ 试验法 ．
２ 世纪 ８ 年 代 以前 ，构件 抗 火设 计 的方法 主 要建 立在 对 实 际情 况 的试验 分 析 之上 。在 标准 的升温 条 ０ ０