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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)鋼在高溫下的力學性能有如下特點。圖3、圖3，ASTM A36鋼的高溫應力。應變曲線,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變.稱為名義應變.所對應的應力作為鋼材的名義屈服強度。圖4.常溫下一般取0、2、應變作為名義應變 而在高溫下名義應變?nèi)≈瞪袩o一致的標準，圖4.鋼材高溫名義，屈服強度定義 1 歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會標準。鋼結(jié)構(gòu)防火，歐洲鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計手冊 規(guī)定,當溫度大于400，時 以0 5.應變作為名義應變、當溫度低于400,時.則在0、2，20 時.和0,5 應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，F(xiàn)ire.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變值過于保守，2，英國國家標準,建筑鋼結(jié)構(gòu)。第8部分,耐火設(shè)計實施規(guī)范。規(guī)定了三個名義應變水平的強度 以適應各類構(gòu)件的不同要求,即，2。應變,適用于有防火保護的受彎組合構(gòu)件、1.5，應變，適用于受彎鋼構(gòu)件，0、5。應變。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、Fire,Resistant，Design。1990 3,歐洲標準,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 應變作為名義應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)在火災下的反應有了更深入的了解 目前對于采用較大的名義應變來確定結(jié)構(gòu)鋼高溫下的名義屈服強度已達成共識,國內(nèi)對Q235 Q345等結(jié)構(gòu)鋼進行了系統(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?；炷?，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中混凝土的高溫應力一應變曲線計算公式求導得到的，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系數(shù)計算方法、基于非膨脹型防火涂料保護鋼構(gòu)件的標準耐火試驗.可綜合反映防火涂料在火災下傳熱,隔熱防火保護，的實際性能以及火災下防火涂料外表面的熱對流.熱輻射傳熱效應，避免了常規(guī)試驗方法。如國家現(xiàn)行標準、耐火材料。導熱系數(shù)試驗方法、水流量平板法,YB、T，4130,耐火材料導熱系數(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下受火溫度范圍大.其熱傳導系數(shù)隨溫度有較大的變化。但從工程應用角度 熱傳導系數(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 時的等效熱傳導系數(shù) 可相當精確地模擬非膨脹型防火涂料保護鋼構(gòu)件在火災下的升溫 并且不同保護層厚度下測得的非膨脹型防火涂料的等效熱傳導系數(shù)變化很小。現(xiàn)行國家標準.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。按照國家標準。建筑構(gòu)件耐火試驗方法.GB，T、9978.1999 目前已被現(xiàn)行國家標準,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.進行耐火性能試驗、當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系數(shù)、當沒有給出鋼試件升溫曲線時,可采用防火保護層厚度20mm、長度500mm的I36b.或I40b。工字鋼試件進行不加載耐火試驗.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、該膨脹層的熱傳導系數(shù)小 隔熱防火保護性能良好 火災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系數(shù),而是采用對應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,等效熱傳導系數(shù)5.3。4 表8給出了其他一些防火保護材料常溫下的熱傳導系數(shù),供參考.表8.其他防火保護材料常溫下的熱傳導系數(shù)