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5.材料特性5,1,鋼，材5，1 1.本條規(guī)定了高溫下鋼材的物理特性參數(shù)取值。高溫下鋼材的熱膨脹系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱等隨溫度的不同會有一定的變化。式、1,式,4.本規(guī)范取這些參數(shù)在高溫下的平均值 鋼材的物理特性主要取決于鋼材的化學(xué)組分 加工工藝,加工過程對其影響較小、鋼結(jié)構(gòu)工程中常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼，低碳鋼 中碳鋼，高碳鋼 和低合金結(jié)構(gòu)鋼等所含的碳元素.合金元素的比例都很小，基本上小于或等于5 耐火鋼的合金元素稍高于低合金結(jié)構(gòu)鋼。因此,這些鋼材的高溫物理特性基本相同.1.結(jié)構(gòu)鋼的熱膨脹變形率,l。l 式中，Ts.鋼材的溫度，2,結(jié)構(gòu)鋼的熱膨脹系數(shù)as,m,m.3。結(jié)構(gòu)鋼的熱傳導(dǎo)系數(shù)λs W、m,4。結(jié)構(gòu)鋼的比熱Cs。J kg、5，結(jié)構(gòu)鋼的泊松比Vs、Vs，0,3,5,5,1.2、5，1、3.這兩條規(guī)定了高溫下結(jié)構(gòu)鋼的強度設(shè)計值和彈性模量。在本規(guī)范中、如無特別說明,結(jié)構(gòu)鋼是指鋼結(jié)構(gòu)工程中大量應(yīng)用的具有屈服平臺的低碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼、包括Q235鋼。Q345鋼,Q390鋼和Q420鋼等、與高溫下鋼材的物理特性不同.鋼材的生產(chǎn)工藝，加工過程等對高溫下鋼材的力學(xué)性能有較大的影響。并且高溫對高強度鋼 高強度螺栓 高強度鋼絞線 鋼索的強度影響要顯著地大于結(jié)構(gòu)鋼,式。3,不適用這些鋼材.結(jié)構(gòu)鋼在高溫下的力學(xué)性能有如下特點、圖3，圖3,ASTM A36鋼的高溫應(yīng)力.應(yīng)變曲線.1、鋼材的屈服強度和彈性模量隨溫度升高而降低,且屈服臺階變得越來越小 溫度高于3,00 后，已無明顯的屈服平臺,2、鋼材的極限強度基本上隨溫度的升高而降低.但在180。370.溫度區(qū)間內(nèi)，極限強度有所提高，塑性和韌性下降、即出現(xiàn),藍(lán)脆現(xiàn)象 3,溫度高于400.后，鋼材的強度與彈性模量開始急劇下降。溫度達(dá)到650。時 鋼材已基本喪失大部分強度.溫度高于300,后 鋼材已無屈服段 因此需要指定一個強度作為鋼材的名義屈服強度 通常以一定量的塑性殘余應(yīng)變 稱為名義應(yīng)變 所對應(yīng)的應(yīng)力作為鋼材的名義屈服強度 圖4.常溫下一般取0.2、應(yīng)變作為名義應(yīng)變,而在高溫下名義應(yīng)變?nèi)≈瞪袩o一致的標(biāo)準(zhǔn)。圖4.鋼材高溫名義，屈服強度定義 1 歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)防火。歐洲鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計手冊.規(guī)定。當(dāng)溫度大于400.時，以0、5、應(yīng)變作為名義應(yīng)變。當(dāng)溫度低于400.時 則在0，2.20.時。和0，5 應(yīng)變之間按線性插值確定.European Convention。for,Constructional，Steelwork。ECCS、Technical.Committee、3 Fire.Safety。of.Steel.Structures，Design,Manual、on,the,European.Recommendations.for the、Fire,Safety,of、Steel，Structures,1st.Edition,1985,鋼梁，鋼柱耐火試驗表明、按上述方法確定的名義應(yīng)變值過于保守，2 英國國家標(biāo)準(zhǔn).建筑鋼結(jié)構(gòu)、第8部分、耐火設(shè)計實施規(guī)范 規(guī)定了三個名義應(yīng)變水平的強度,以適應(yīng)各類構(gòu)件的不同要求 即.2 應(yīng)變.適用于有防火保護(hù)的受彎組合構(gòu)件,1.5、應(yīng)變,適用于受彎鋼構(gòu)件，0。5 應(yīng)變，適用于除上述兩類以外的構(gòu)件。British Standards。Institution.BS。5950,The,Structural.Use of.Steelwork,in.Buildings Part。8.Code。of.Practice for，F(xiàn)ire Resistant。Design,1990.3,歐洲標(biāo)準(zhǔn),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計,第1,2部分，結(jié)構(gòu)防火設(shè)計,則取2。應(yīng)變作為名義應(yīng)變來確定鋼材的名義屈服強度.European，Committee。for.Standardization。EN 1993,1，29Eurocode，3、Design、of。Steel,Structures。Part.1。2、Structural Fire,Design，2005，隨著研究的廣泛與深入，對結(jié)構(gòu)鋼的高溫性能以及鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的反應(yīng)有了更深入的了解、目前對于采用較大的名義應(yīng)變來確定結(jié)構(gòu)鋼高溫下的名義屈服強度已達(dá)成共識 國內(nèi)對Q235,Q345等結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行了系統(tǒng)的高溫材性試驗,得到了0。2。0.5,1,0.等名義應(yīng)變水平的高溫屈服強度.綜合國內(nèi)試驗資料.并參考EN 1993.1，2。2005 BS.5950,8,2003等給出了我國結(jié)構(gòu)鋼高溫下的強度設(shè)計值和彈性模量.表6為按本規(guī)范有關(guān)公式計算的各溫度下鋼材的屈服強度折減系數(shù)ηsT和彈性模量折減系數(shù)XsT、表6,鋼材高溫下的屈服強度折減系數(shù)ηsT和彈性模量折減系數(shù)XsT5,1 4，5，1、5，耐火鋼通過在鋼材中加入鉬等合金元素,使鋼材在高溫時從原子中析出碳化鉬M02C。由于此類化合物比鐵原子大.能起到阻止或減弱、滑移。的作用.從而提高鋼材高溫下的強度。耐火鋼無藍(lán)脆現(xiàn)象.故在低溫度區(qū)段內(nèi)耐火鋼的強度損失大于結(jié)構(gòu)鋼,在實際工程中.絕大多數(shù)鋼構(gòu)件的臨界溫度在450 700、范圍內(nèi)。在該溫度段內(nèi)耐火鋼的強度損失小于結(jié)構(gòu)鋼、目前,各鋼鐵公司生產(chǎn)的耐火鋼的高溫材性有較大的差別.本規(guī)范給出的公式不一定適用于所有品種.應(yīng)用式。5 1 4.式 5，1，5。時、要求600,時耐火鋼的實測屈服強度折減系數(shù)不低于式 5,1。4、計算值的10、5、2.混凝土5 2。1,本條有關(guān)高溫下普通混凝土的熱工性能參數(shù)參考了EN、1994、1,2。2005、Eurocode 4,Part。1，2，Design,of composite，steel，and,concrete.structures Structural fire。design 的規(guī)定。其中.公式，5.2，1，2 是根據(jù)EN、1994,1,2.2005給出的普通混凝土熱傳導(dǎo)系數(shù)上、下限公式取平均值得到的 對于鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)建議采用上限公式.上限公式、下限公式，20 TC、1200、混凝土的含水率對熱工性能的影響很大,特別是對比熱和熱傳導(dǎo)系數(shù)，本條給出的熱工參數(shù)取值適用于干混凝土,即含水率不大于4 的普通混凝土，5,2 2.本條有關(guān)高溫下普通混凝土的軸心抗壓強度和彈性模量參考了EN、1994、1。2、2005的規(guī)定、其中、彈性模量折減系數(shù)是對EN，1994、1。2，2005中混凝土的高溫應(yīng)力一應(yīng)變曲線計算公式求導(dǎo)得到的，表5、2。2適用于強度等級C60及以下的混凝土 5。2。3。本條有關(guān)高溫下輕骨料混凝土的熱工性能參數(shù)參考了EN、1994。1,2 2005的規(guī)定、適用于含水率小于或等于5.的輕骨料混凝土.5。2,4,本條有關(guān)高溫下輕骨料混凝土的軸心抗壓強度和彈性模量參考了EN.1994,1.2 2005的規(guī)定，表5，2 4適用于強度等級C60及以下的混凝土。5,3 防火保護(hù)材料5。3、1,本條規(guī)定的非膨脹型防火涂料的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)計算方法，基于非膨脹型防火涂料保護(hù)鋼構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗、可綜合反映防火涂料在火災(zāi)下傳熱.隔熱防火保護(hù),的實際性能以及火災(zāi)下防火涂料外表面的熱對流，熱輻射傳熱效應(yīng) 避免了常規(guī)試驗方法.如國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。耐火材料,導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法 水流量平板法、YB、T 4130、耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法、熱線法,GB,T.5990等的不足.非膨脹型防火涂料在火災(zāi)下受火溫度范圍大、其熱傳導(dǎo)系數(shù)隨溫度有較大的變化.但從工程應(yīng)用角度 熱傳導(dǎo)系數(shù)采用常數(shù)可極大地簡化計算、試驗與理論計算的對比表明、采用540，約1000 時的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)，可相當(dāng)精確地模擬非膨脹型防火涂料保護(hù)鋼構(gòu)件在火災(zāi)下的升溫。并且不同保護(hù)層厚度下測得的非膨脹型防火涂料的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)變化很小、現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，GB,14907 2002采用I36b,140b、截面形狀系數(shù)見表7,作為鋼試件,按照國家標(biāo)準(zhǔn)，建筑構(gòu)件耐火試驗方法,GB，T，9978 1999，目前已被現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。建筑構(gòu)件耐火試驗方法 第1部分。通用要求.GB.T,9978,1替代,進(jìn)行耐火性能試驗。當(dāng)涂料型式檢驗報告中給出鋼試件升溫曲線時、可按式,5.3.1,計算非膨脹型涂料的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)、當(dāng)沒有給出鋼試件升溫曲線時、可采用防火保護(hù)層厚度20mm，長度500mm的I36b，或I40b。工字鋼試件進(jìn)行不加載耐火試驗.測試鋼試件的升溫曲線 表7.鋼試件的截面形狀系數(shù)、m、1、5,3、2 5.3，3,第5。3、2條規(guī)定了膨脹型防火涂料保護(hù)層的等效熱阻計算方法.針對膨脹型防火涂料的特點，第5 3,3條規(guī)定膨脹型防火涂料應(yīng)給出5個使用厚度的等效熱阻，膨脹型防火涂料受火膨脹、形成比原涂層厚度大數(shù)倍到數(shù)十倍的多孔膨脹層。該膨脹層的熱傳導(dǎo)系數(shù)小.隔熱防火保護(hù)性能良好,火災(zāi)下膨脹層厚度主要取決于涂料自身的特性,涂層的厚度。受膨脹層自身致密性、強度等的限制.膨脹層厚度不會一直隨著涂層厚度的增大而增大。而且涂層太厚容易造成膨脹層過早脫落 因此膨脹型防火涂料存在最大使用厚度。膨脹型防火涂料涂層厚度和膨脹層厚度、熱傳導(dǎo)系數(shù)之間均為非線性關(guān)系、圖5 因此,膨脹型防火涂料不宜采用等效熱傳導(dǎo)系數(shù)，而是采用對應(yīng)于涂層厚度的等效熱阻，圖5、膨脹型防火涂料的膨脹層厚度。等效熱傳導(dǎo)系數(shù)5，3 4.表8給出了其他一些防火保護(hù)材料常溫下的熱傳導(dǎo)系數(shù)，供參考。表8，其他防火保護(hù)材料常溫下的熱傳導(dǎo)系數(shù)